Hoja de Datos del Sensor Óptico Reflectivo ITR8307/L24/TR8 - Sin Plomo, Conforme a RoHS y REACH - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR8307/L24/TR8 es un interruptor óptico reflectivo compacto de montaje superficial, diseñado para aplicaciones de detección de corta distancia. Integra un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo (IR) de GaAs como transmisor y un fototransistor de silicio NPN de alta sensibilidad como receptor, dentro de un único encapsulado plástico con ambos componentes en paralelo. Esta configuración le permite detectar la presencia o ausencia de una superficie reflectante midiendo la intensidad de la luz IR reflejada de vuelta al receptor.

El dispositivo se caracteriza por su tiempo de respuesta rápido, alta sensibilidad a la luz infrarroja y una respuesta espectral que corta las longitudes de onda visibles, haciéndolo inmune a las interferencias de la luz ambiental visible. Se fabrica sin plomo (Pb-free), es conforme con las directivas RoHS y REACH de la UE, y cumple con los requisitos libres de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas principales de este sensor incluyen su perfil delgado, huella compacta y rápida respuesta óptica, aspectos críticos para aplicaciones con limitaciones de espacio y alta velocidad. Su diseño lo hace adecuado para diversos equipos de electrónica de consumo y equipos controlados por microcomputadora donde se requiere una detección de objetos fiable y sin contacto.

Las aplicaciones objetivo típicas incluyen la detección de posición en dispositivos como cámaras digitales (para detección de lente o tapa), videograbadoras (VCR), unidades de disquete, grabadoras de casete y otros sistemas de control automatizado.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

El dispositivo no debe operarse más allá de estos límites para evitar daños permanentes. Los valores clave incluyen una disipación de potencia de entrada (LED) de 75 mW a 25°C en aire libre, una corriente directa máxima (IF) de 50 mA y una corriente directa pico (IFP) de 1 A para pulsos ≤100μs con un ciclo de trabajo del 1%. Para la salida (fototransistor), la disipación de potencia máxima del colector es de 75 mW, la corriente de colector (IC) es de 50 mA y el voltaje colector-emisor (BV_CEO) es de 30 V. El rango de temperatura de operación es de -40°C a +85°C.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se especifican a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C y definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales de operación.

2.2.1 Características de la Entrada (LED IR)

• Voltaje Directo (V_F):Típicamente 1.2 V a una corriente directa (I_F) de 20 mA, con un máximo de 1.6 V. Esto es crucial para diseñar el circuito de excitación del LED.
• Longitud de Onda Pico (λ_P):940 nm, situando su emisión firmemente en el espectro del infrarrojo cercano.

2.2.2 Características de la Salida (Fototransistor)

• Corriente de Oscuridad (I_CEO):La corriente de fuga cuando no incide luz, con un máximo de 100 nA a V_CE=10V. Un valor más bajo indica un mejor rendimiento en estado de apagado.
• Corriente de Luz (I_C(ON)):La corriente de colector cuando el LED está activo y la luz se refleja en el receptor. Tiene un amplio rango de 0.5 mA a 15.0 mA bajo condiciones de prueba de V_CE=2V e I_F=4mA. Este parámetro depende en gran medida de la reflectividad y la distancia del objeto objetivo.
• Tiempo de Subida/Bajada (t_r, t_f):Típicamente 20 μseg cada uno, definiendo la velocidad de conmutación del sensor.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran la relación entre parámetros clave bajo condiciones variables. Estos son esenciales para comprender el comportamiento en el mundo real más allá del punto típico de 25°C.

3.1 Características del LED IR

Las curvas muestran cómo varía la corriente directa con la temperatura ambiente y el voltaje directo. El voltaje directo tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye a medida que aumenta la temperatura. La curva de distribución espectral confirma la emisión pico a 940 nm, con la propia longitud de onda pico desplazándose ligeramente con la temperatura.

3.2 Características del Fototransistor

Las curvas importantes incluyen Corriente de Oscuridad del Colector vs. Temperatura Ambiente (aumentando exponencialmente con la temperatura), Corriente del Colector vs. Irradiancia (mostrando la respuesta del fototransistor a la intensidad de la luz) y Corriente del Colector vs. Voltaje Colector-Emisor. La curva de sensibilidad espectral muestra que el receptor es más sensible a la luz infrarroja alrededor de 800-900 nm, coincidiendo bien con la salida de 940 nm del LED.

3.3 Características del Sensor Completo (ITR)

Estos gráficos modelan el comportamiento del sensor en una configuración reflectiva práctica. Lacurva de Corriente de Colector Relativa vs. Distanciaes crítica para el diseño del sistema, mostrando cómo decae la señal de salida a medida que aumenta la brecha entre el sensor y una superficie reflectante (como vidrio evaporado con aluminio). Otra curva muestra la variación de la salida cuando una tarjeta se mueve a través del campo de visión del sensor, útil para detección de bordes o ranuras. El gráfico de Tiempo de Respuesta vs. Resistencia de Carga ayuda a seleccionar una resistencia de pull-up apropiada para optimizar la velocidad.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo viene en un encapsulado compacto de montaje superficial. La hoja de datos proporciona dibujos dimensionales detallados con medidas críticas como la longitud total, anchura, altura, espaciado de pines y dimensiones de las almohadillas. Todas las tolerancias son típicamente ±0.1 mm a menos que se especifique lo contrario. Los ingenieros deben consultar estos dibujos exactos para el diseño de la huella en el PCB y garantizar una soldadura y alineación mecánica adecuadas.

4.2 Identificación de Polaridad

El encapsulado incluye marcas o una forma específica para indicar el pin 1. La orientación correcta durante el montaje es vital, ya que una conexión inversa puede dañar el dispositivo. La asignación de pines identifica el ánodo y el cátodo del LED IR y el colector y el emisor del fototransistor.

5. Guías de Soldadura, Montaje y Almacenamiento

5.1 Sensibilidad a la Humedad y Almacenamiento

El dispositivo tiene una Clasificación de Sensibilidad a la Humedad (MSL) Nivel 4. Las instrucciones clave de manejo incluyen:

• Vida útil en la bolsa sellada original de barrera de humedad: 12 meses a <40°C y <90% HR.
• Después de abrir la bolsa, los dispositivos deben montarse dentro de las 72 horas si se almacenan en condiciones de fábrica (<30°C/60%HR), o almacenarse en un ambiente seco (<20% HR).
• Si la Tarjeta Indicadora de Humedad (HIC) supera el 20% HR, se requiere un horneado antes de la soldadura por reflujo (por ejemplo, 24 horas a 125°C).

5.2 Condiciones de Soldadura por Reflujo

Se proporciona un perfil de temperatura de reflujo recomendado para soldadura sin plomo. Las precauciones clave incluyen:

• Limitar la soldadura por reflujo a un máximo de dos ciclos.
• Evitar el estrés mecánico en el encapsulado durante el calentamiento.
• Prevenir el alabeo del PCB después de la soldadura.

5.3 Reparación

Se desaconseja la reparación después de la soldadura. Si es inevitable, se debe usar un soldador de doble punta para calentar simultáneamente ambos lados del componente, minimizando el estrés térmico. El impacto potencial en las características del dispositivo debe evaluarse de antemano.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Especificaciones de Empaquetado

El flujo de empaquetado estándar es: 1000 piezas por carrete, 15 carretes por caja y 2 cajas por cartón.

6.2 Dimensiones de la Cinta y el Carrete

Se proporcionan dibujos detallados para la cinta portadora (dimensiones del bolsillo, paso) y el carrete (diámetro, tamaño del núcleo) para su uso en la programación de máquinas pick-and-place automatizadas.

6.3 Especificación de la Etiqueta

Las etiquetas del embalaje incluyen campos para el Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Producto (P/N), Cantidad (QTY) y Número de Lote (LOT No.), entre otros, para la trazabilidad.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Un circuito de aplicación básico implica conectar una resistencia limitadora de corriente en serie con el ánodo del LED IR. El fototransistor se conecta típicamente con el colector a una resistencia de pull-up (V_CC) y el emisor a tierra. El voltaje en el nodo del colector sirve como señal de salida digital o analógica. El valor de la resistencia de pull-up (R_L) afecta tanto la excursión del voltaje de salida como el tiempo de respuesta, como se muestra en las curvas de la hoja de datos.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Reflectividad del Objeto:La salida del sensor (I_C(ON)) es directamente proporcional a la reflectividad de la superficie objetivo. Los materiales altamente reflectantes (por ejemplo, plástico blanco, metal) proporcionan una señal fuerte, mientras que los materiales oscuros o absorbentes pueden no hacerlo.
• Distancia y Alineación:La distancia de detección es corta (típicamente unos pocos milímetros). Una alineación mecánica precisa entre el sensor y la trayectoria del objetivo es crítica para un funcionamiento consistente.
• Inmunidad a la Luz Ambiental:Aunque la sensibilidad espectral del receptor corta la luz visible, fuentes ambientales fuertes de infrarrojo (por ejemplo, luz solar, bombillas incandescentes) pueden causar interferencia. En tales entornos, pueden ser necesarias técnicas de blindaje óptico o modulación/desmodulación.
• Ruido Eléctrico:En entornos ruidosos, se recomiendan condensadores de desacoplamiento cerca del dispositivo y un diseño cuidadoso del layout del PCB.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con fototransistores o fotodiodos más simples, el ITR8307 integra tanto el emisor como el receptor, simplificando el diseño y la alineación óptica. Frente a los sensores transmisivos (que requieren que un objeto interrumpa un haz entre componentes separados), los sensores reflectivos permiten un diseño mecánico más simple con la detección en un solo lado del objeto. Sus diferenciadores clave son su encapsulado SMD compacto, conformidad con las regulaciones ambientales modernas (sin plomo, libre de halógenos) y un rendimiento bien documentado en todo el rango de temperatura.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs) Basadas en Parámetros Técnicos

P: ¿Cuál es la distancia de detección típica?

R: La distancia no es una especificación fija, sino que depende de la reflectividad del objetivo y de la corriente de salida requerida. El gráfico "Corriente de Colector Relativa vs. Distancia" muestra que la señal decae significativamente más allá de 1-2 mm para una superficie reflectante estándar. Diseñe para la distancia confiable más corta.

P: ¿Puedo excitar el LED directamente con una fuente de voltaje?

R: No. Un LED es un dispositivo excitado por corriente. Debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie para establecer la corriente directa (I_F) al valor deseado (por ejemplo, 20 mA) en función de su voltaje de alimentación (V_CC) y el voltaje directo del LED (V_F≈ 1.2V). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F.

P: ¿Por qué hay un rango tan amplio para la Corriente de Luz (0.5 a 15.0 mA)?

R: Este rango tiene en cuenta las variaciones normales de fabricación tanto en la potencia de salida del LED como en la sensibilidad del fototransistor. También subraya la fuerte dependencia de este parámetro del objetivo reflectante específico y la distancia en la aplicación. Los diseños de circuito deben acomodar este rango, a menudo usando un comparador con un umbral ajustable en lugar de depender de un valor de corriente absoluto.

P: ¿Cómo interpreto la clasificación MSL 4?

R: MSL 4 significa que el encapsulado puede absorber niveles dañinos de humedad del aire después de 72 horas de exposición a condiciones estándar de piso de fábrica. Para evitar el "efecto palomita" o la delaminación durante el proceso de reflujo a alta temperatura, debe seguir las estrictas guías de almacenamiento, manejo y horneado descritas en la Sección 5.1.

10. Ejemplo de Aplicación Práctica

Escenario: Detección de Papel en una Impresora.

El sensor puede montarse cerca de la trayectoria de alimentación de papel. Se coloca una banda reflectante en un rodillo o superficie fija opuesta a la ubicación del sensor. Cuando no hay papel, la luz IR se refleja en la banda de vuelta al receptor, generando una salida alta (lógica HIGH). Cuando una hoja de papel pasa entre el sensor y la banda, bloquea o reduce significativamente la luz reflejada, haciendo que la salida caiga (lógica LOW). Esta transición puede ser detectada por un microcontrolador para confirmar la presencia de papel, detectar atascos o contar páginas. El tiempo de respuesta rápido (20 μs) permite la detección incluso a altas velocidades de alimentación de papel.

11. Principio de Funcionamiento

El dispositivo opera bajo el principio de reflexión de luz modulada. El LED IR interno emite un haz de luz infrarroja de 940 nm. Esta luz viaja hacia afuera desde el encapsulado. Si un objeto reflectante está dentro de un rango corto y en el campo de visión tanto del LED como del fototransistor, una porción de la luz emitida se reflejará de vuelta. El fototransistor NPN actúa como una fuente de corriente controlada por luz. Cuando los fotones infrarrojos reflejados golpean su región base, generan pares electrón-hueco, creando efectivamente una corriente de base. Esta corriente de base es amplificada por la ganancia del transistor, resultando en una corriente de colector mucho mayor (I_C). La magnitud de esta corriente de colector es proporcional a la intensidad de la luz reflejada, que a su vez depende de la distancia y la reflectividad del objeto objetivo. Al monitorear I_C(o el voltaje a través de una resistencia de carga), el sistema puede determinar la presencia o proximidad del objeto.

12. Tendencias Tecnológicas

Los sensores ópticos reflectivos como el ITR8307 representan una tecnología madura y fiable para la detección de objetos de corto alcance y bajo costo. Las tendencias actuales en el campo incluyen una mayor miniaturización de los encapsulados para caber en dispositivos de consumo cada vez más pequeños, la integración de circuitos de acondicionamiento de señal (amplificadores, disparadores Schmitt, interfaces digitales) dentro del mismo encapsulado para simplificar el diseño del sistema y mejorar la inmunidad al ruido, y el desarrollo de sensores con un consumo de energía aún menor para dispositivos IoT alimentados por batería. También existe un impulso continuo hacia una mayor sensibilidad y un mejor rechazo a la luz ambiental mediante técnicas mejoradas de diseño óptico y filtrado.