ITR8402-F-A Opto-Interrupter Datenblatt - Abmessungen 4,0x2,0x3,0mm - Durchlassspannung 1,2V - Peak-Wellenlänge 940nm - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der ITR8402-F-A ist ein kompaktes Opto-Interrupter-Modul für berührungslose Erfassungsanwendungen. Es integriert eine Infrarot-Emissionsdiode (IRED) und einen Silizium-Fototransistor, die auf einer konvergierenden optischen Achse innerhalb eines schwarzen thermoplastischen Gehäuses ausgerichtet sind. Das grundlegende Funktionsprinzip besteht darin, dass der Fototransistor unter normalen Bedingungen die von der IRED emittierte Infrarotstrahlung empfängt. Wenn ein undurchsichtiges Objekt den optischen Pfad zwischen Sender und Empfänger unterbricht, erhält der Fototransistor das Signal nicht mehr, was die Objekterkennung oder Positionserfassung ermöglicht.

Zu den Hauptmerkmalen dieses Bauteils gehören eine schnelle Ansprechzeit, hohe Empfindlichkeit und eine Peak-Emissionswellenlänge von 940 nm, die außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, um Störungen durch Umgebungslicht zu minimieren. Das Bauteil ist aus bleifreien Materialien gefertigt und entspricht relevanten Umweltvorschriften wie RoHS und EU REACH.

2. Vertiefung der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Eingang (IRED):Die Verlustleistung (Pd) beträgt 75 mW bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur. Die maximale Sperrspannung (VR) beträgt 5 V, und der maximale Durchlassstrom (IF) beträgt 50 mA.
• Ausgang (Fototransistor):Die Kollektorverlustleistung (Pd) beträgt 75 mW. Der maximale Kollektorstrom (IC) beträgt 20 mA. Die Kollektor-Emitter-Spannung (BV_CEO) beträgt 30 V, und die Emitter-Kollektor-Spannung (BV_ECO) beträgt 5 V.
• Umgebung:Der Betriebstemperaturbereich (T_opr) liegt zwischen -25°C und +85°C. Der Lagerungstemperaturbereich (T_stg) liegt zwischen -40°C und +85°C. Die Löttemperatur der Anschlüsse (T_sol) darf 260°C für eine Dauer von 5 Sekunden oder weniger nicht überschreiten, gemessen 3 mm vom Gehäusekörper entfernt.

2.2 Elektro-optische Kennwerte

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (T_a) von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Eingang (IRED):Die typische Durchlassspannung (V_F) beträgt 1,2 V bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA, maximal 1,5 V. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 10 µA bei V_R=5 V. Die Peak-Wellenlänge (λ_P) beträgt 940 nm.
• Ausgang (Fototransistor):Der Dunkelstrom (I_CEO) beträgt maximal 100 nA bei V_CE=20 V und null Bestrahlungsstärke. Die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung (V_CE(sat)) beträgt maximal 0,4 V, wenn der Kollektorstrom (I_C) 2 mA bei einer Bestrahlungsstärke (E_e) von 1 mW/cm² beträgt.
• Übertragungskennlinien:Der minimale Kollektorstrom (I_C(ON)) beträgt 0,5 mA, wenn V_CE=5 V und I_F=20 mA. Die typische Anstiegszeit (t_r) und Abfallzeit (t_f) betragen jeweils 15 µs unter den Testbedingungen V_CE=5 V, I_C=1 mA und einem Lastwiderstand (R_L) von 1 kΩ.

3. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält typische Kennlinien sowohl für den IR-Emitter als auch für den Fototransistor. Diese Kurven sind wesentlich, um das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen zu verstehen.

3.1 Kennlinien des IR-Emitters

Die Kurven zeigen den Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung, was für den Entwurf der Treiberschaltung entscheidend ist. Sie zeigen auch die Derating-Kurve der Kollektorverlustleistung bei steigender Umgebungstemperatur, was für das thermische Management wichtig ist. Die spektrale Empfindlichkeitskurve bestätigt die Peak-Emission bei 940 nm.

3.2 Kennlinien des Fototransistors

Die spektrale Empfindlichkeitskurve für den Fototransistor zeigt seine Empfindlichkeit über verschiedene Wellenlängen, wobei die Spitzenempfindlichkeit typischerweise auf die 940-nm-Ausgabe des IR-Emitters abgestimmt ist, um eine optimale Kopplungseffizienz zu gewährleisten.

4. Mechanische und Gehäuseinformationen

4.1 Gehäuseabmessungen

Der ITR8402-F-A ist in einem kompakten, industrieüblichen Gehäuse untergebracht. Zu den Hauptabmessungen gehören die Gesamtgehäusegröße, der Anschlussabstand und die Position der optischen Öffnung. Alle Abmessungen sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,3 mm, sofern nicht anders angegeben. Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten.

4.2 Polaritätskennzeichnung

Das Bauteil ist für die Durchsteckmontage ausgelegt. Die Pinbelegung muss beim Leiterplattenlayout und der Montage sorgfältig beachtet werden, um die korrekte elektrische Verbindung der IRED-Anode und -Kathode sowie des Fototransistor-Kollektors und -Emitters sicherzustellen.

5. Löt- und Montagerichtlinien

5.1 Anschlussformung

Falls eine Anschlussformung erforderlich ist, muss diesevordem Löten durchgeführt werden. Das Biegen sollte in einem Mindestabstand von 3 mm vom Boden des Epoxidgehäuses erfolgen, um spannungsinduzierte Schäden zu vermeiden. Die Anschlüsse müssen während des Biegens gesichert werden, und das Gehäuse selbst sollte nicht berührt oder belastet werden. Das Schneiden der Anschlüsse sollte bei Raumtemperatur erfolgen.

5.2 Lötprozess

Das Löten muss sorgfältig durchgeführt werden, um thermische oder mechanische Schäden zu vermeiden.

• Handlöten:Maximale Lötspitzentemperatur von 300°C (für Lötkolben mit max. 30 W). Die Lötzeit pro Anschluss sollte 3 Sekunden nicht überschreiten. Halten Sie einen Mindestabstand von 3 mm zwischen der Lötstelle und der Epoxidkugel ein.
• Wellen-/Tauchlöten:Maximale Vorwärmtemperatur von 100°C für bis zu 60 Sekunden. Die Temperatur des Lötbads sollte 260°C nicht überschreiten, mit einer Verweilzeit von maximal 5 Sekunden. Die 3-mm-Abstandsregel von der Epoxidkugel gilt ebenfalls.

Ein empfohlenes Löttemperaturprofil wird bereitgestellt, das eine kontrollierte Aufheizphase, ein definiertes Plateau der Spitzentemperatur und eine kontrollierte Abkühlphase betont. Schnelles Abkühlen wird nicht empfohlen. Das Löten (Tauch- oder Handlöten) sollte nicht mehr als einmal durchgeführt werden. Nach dem Löten sollte das Bauteil vor mechanischen Stößen geschützt werden, bis es Raumtemperatur erreicht hat.

5.3 Reinigung und Lagerung

Die Ultraschallreinigung des montierten Bauteils ist verboten, da sie innere Schäden verursachen kann. Zur Lagerung sollten die Bauteile bei 10-30°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % oder weniger aufbewahrt werden. Die empfohlene Lagerdauer in der Originalverpackung beträgt 3 Monate. Für eine längere Lagerung wird eine Stickstoffatmosphäre bei 10-25°C und 20-60 % RH empfohlen. Nach dem Öffnen sollten die Bauteile innerhalb von 24 Stunden verwendet werden, und verbleibende Komponenten sollten umgehend wieder versiegelt werden.

6. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackungsspezifikation ist 90 Stück pro Tube, 48 Tuben pro Karton und 4 Kartons pro Versandkarton. Das Etikett auf der Verpackung enthält Felder für Kundenteilenummer (CPN), Teilenummer (P/N), Packmenge (QTY), Kategorie (CAT), Referenz (REF) und Losnummer (LOT No).

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

Der ITR8402-F-A eignet sich gut für verschiedene berührungslose Erfassungs- und Schaltanwendungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Positionserfassung in Computermäusen und Kopierern, Papiererkennung in Scannern und Diskettenlaufwerken, Randerkennung in Druckern und allgemeine Objekterkennung. Sein Durchsteckgehäuse macht ihn für die direkte Platinenmontage in einer Vielzahl von Konsum- und Industrielektronik geeignet.

7.2 Designüberlegungen

Beim Entwurf mit diesem Opto-Interrupter sind mehrere Faktoren kritisch:

• Schaltungsentwurf:Ein strombegrenzender Widerstand ist für den Betrieb der IRED innerhalb ihres spezifizierten Durchlassstroms (I_F) zwingend erforderlich. Der Fototransistor-Ausgang benötigt typischerweise einen Pull-up-Widerstand, um den logischen High-Pegel zu definieren, wenn der Strahl nicht unterbrochen ist.
• Mechanische Integration:Die Leiterplattenlöcher müssen präzise mit den Bauteilanschlüssen ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu vermeiden. Der Schlitz zwischen Sender und Empfänger muss frei von Hindernissen und Verunreinigungen gehalten werden.
• Thermisches Management:Die Verlustleistung sowohl der IRED als auch des Fototransistors muss berücksichtigt werden, insbesondere in Umgebungen mit hoher Umgebungstemperatur. Konsultieren Sie die Derating-Kurven als Leitfaden.
• Immunität gegen Umgebungslicht:Obwohl die 940-nm-Wellenlänge und das Gehäuse eine gewisse Immunität bieten, kann die Auslegung des Systems für den Betrieb in einer kontrollierten Lichtumgebung oder die Verwendung modulierter IR-Signale die Zuverlässigkeit unter schwierigen Bedingungen erhöhen.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Der ITR8402-F-A bietet eine ausgewogene Kombination aus Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Größe. Seine schnelle Ansprechzeit von 15 µs macht ihn für Anwendungen geeignet, die eine schnelle Erkennung erfordern, wie z. B. in Encodern oder Hochgeschwindigkeitszählern. Die hohe Empfindlichkeit ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb auch bei niedrigeren Treiberströmen oder in staubigen Umgebungen. Das nebeneinander angeordnete, konvergierende Achsendesign in einem Standardgehäuse bietet im Vergleich zu spezialisierteren oder reflektiven Sensoren eine kostengünstige Lösung für viele gängige Erfassungsanforderungen.

9. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

9.1 Was ist der typische Erfassungsabstand oder Spalt?

Das Datenblatt gibt keinen maximalen Erfassungsspalt an. Dieser Parameter hängt stark vom angelegten Strom an die IRED, der Empfindlichkeit des spezifischen Fototransistors, dem erforderlichen Ausgangssignalhub und den Eigenschaften des unterbrechenden Objekts (Opazität, Größe) ab. Er wird für jede Anwendung empirisch ermittelt.

9.2 Kann ich diesen Sensor im Sonnenlicht verwenden?

Direktes Sonnenlicht enthält erhebliche Infrarotstrahlung und kann den Fototransistor sättigen, was zu unzuverlässigem Betrieb führt. Für Outdoor- oder Anwendungen mit hohem Umgebungslicht wird dringend empfohlen, zusätzliche Abschirmung, optische Filterung oder die Verwendung eines modulierten IR-Signals mit synchroner Detektion einzusetzen.

9.3 Warum sind die Anstiegs-/Abfallzeiten mit einer 1-kΩ-Last spezifiziert?

Die Schaltgeschwindigkeit eines Fototransistors wird von der RC-Zeitkonstante beeinflusst, die durch seine Sperrschichtkapazität und den Lastwiderstand gebildet wird. Die Angabe mit einer Standardlast (1 kΩ) ermöglicht einen konsistenten Vergleich zwischen Bauteilen. Die Verwendung eines anderen Lastwiderstands verändert die effektiven Anstiegs- und Abfallzeiten.

10. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

10.1 Fallstudie: Papierstauerkennung in einem Drucker

In dieser Anwendung werden mehrere ITR8402-F-A-Sensoren entlang des Papierwegs platziert. Der IR-Strahl wird normalerweise durch die Anwesenheit von Papier unterbrochen. Ein Papierstau wird erkannt, wenn der Strahl länger als die erwartete Durchlaufzeit zwischen zwei Sensoren ununterbrochen bleibt (Fototransistor EIN) oder wenn er an einem Sensor unterbrochen wird (Fototransistor AUS), an dem kein Papier vorhanden sein sollte. Die schnelle Ansprechzeit gewährleistet eine rechtzeitige Erkennung und verhindert Schäden.

10.2 Fallstudie: Drehgeber für Motorregelung

Eine an einer Motorwelle befestigte Schlitzscheibe rotiert zwischen dem Sender und dem Empfänger des ITR8402-F-A. Wenn die Schlitze den Strahl passieren, erzeugen sie einen gepulsten Ausgang vom Fototransistor. Die Frequenz dieser Pulse ist direkt proportional zur Drehzahl des Motors. Die Ansprechzeit von 15 µs ermöglicht eine genaue Geschwindigkeitsmessung auch bei hohen U/min.

11. Funktionsprinzip

Ein Opto-Interrupter oder Fotointerrupter ist ein eigenständiges Bauteil, das eine Infrarotlichtquelle und einen Fotodetektor in einem einzigen Gehäuse kombiniert, die sich über einen physikalischen Spalt hinweg gegenüberstehen. Die IRED wird in Durchlassrichtung betrieben, um unsichtbares Infrarotlicht zu emittieren. Der gegenüberliegende Fototransistor fungiert als lichtgesteuerter Schalter. Sein Kollektor-Emitter-Widerstand ist sehr hoch (er ist \"AUS\"), wenn kein Licht auf ihn fällt (Dunkelstrom ist minimal). Wenn das IR-Licht auf seinen Basisbereich trifft, werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt, die den Transistor effektiv vorspannen und einen signifikanten Kollektorstrom fließen lassen, wodurch er \"EIN\" geschaltet wird. Ein in den Spalt platziertes Objekt blockiert das Licht und schaltet den Fototransistor aus. Dieses digitale EIN/AUS-Signal wird zur Erkennung verwendet.

12. Technologietrends

Die Kerntechnologie von Opto-Interrupters ist ausgereift, aber die Trends konzentrieren sich auf Miniaturisierung (kleinere SMD-Gehäuse), höhere Geschwindigkeit für Datenübertragungsanwendungen und die Integration zusätzlicher Schaltungsteile (wie Schmitt-Trigger oder Verstärker) innerhalb des Gehäuses, um ein saubereres digitales Ausgangssignal zu liefern und die Störfestigkeit zu verbessern. Es gibt auch einen Trend zu niedrigeren Betriebsströmen für batteriebetriebene IoT-Geräte. Das grundlegende Prinzip der modulierten Lichterkennung zur Unterdrückung von Umgebungslicht bleibt ein Schlüsselentwicklungsbereich für robuste industrielle und automotive Anwendungen.