Hoja de Datos del Interruptor Óptico ITR8104 - Infrarrojo 940nm - 5V/20mA - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR8104 es un módulo interruptor óptico compacto diseñado para aplicaciones de detección y conmutación sin contacto. Integra un diodo emisor de infrarrojos y un fototransistor de silicio NPN dentro de una única carcasa termoplástica negra. Los componentes están dispuestos uno al lado del otro sobre ejes ópticos convergentes. En su estado normal, el fototransistor recibe la radiación infrarroja emitida por el LED. Cuando un objeto opaco interrumpe la trayectoria de la luz entre el emisor y el detector, el fototransistor deja de conducir, proporcionando una señal de conmutación clara.

Las ventajas clave de este dispositivo incluyen un tiempo de respuesta rápido, alta sensibilidad y una longitud de onda de emisión pico de 940nm, que está fuera del espectro visible para minimizar la interferencia de la luz ambiental. El dispositivo está construido con materiales libres de plomo y cumple con las regulaciones ambientales relevantes como RoHS y REACH de la UE.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Límites Absolutos Máximos

Operar el dispositivo más allá de estos límites puede causar daños permanentes.

• Entrada (LED IR):
  • Disipación de Potencia (Pd): 75 mW (a 25°C o menos)
  • Voltaje Inverso (VR): 5 V
  • Corriente Directa (IF): 50 mA
• Salida (Fototransistor):
  • Disipación de Potencia del Colector (Pc): 75 mW
  • Corriente del Colector (IC): 20 mA
  • Voltaje Colector-Emisor (BV_CEO): 30 V
  • Voltaje Emisor-Colector (BV_ECO): 5 V
• Térmico:
  • Temperatura de Operación (T_opr): -25°C a +85°C
  • Temperatura de Almacenamiento (T_stg): -40°C a +85°C
  • Temperatura de Soldadura de Terminales (T_sol): 260°C durante ≤5 segundos (medido a 3mm del encapsulado)

2.2 Características Electro-Ópticas (T_a=25°C)

Estos parámetros definen el rendimiento del dispositivo en condiciones típicas de operación.

• Características de Entrada (LED IR):
  • Voltaje Directo (V_F): 1.2V (Típico), 1.6V (Máximo) a I_F=20mA
  • Corriente Inversa (I_R): 10 μA (Máximo) a V_R=5V
  • Longitud de Onda Pico (λ_P): 940 nm (Típico) a I_F=20mA
• Características de Salida (Fototransistor):
  • Corriente de Oscuridad (I_CEO): 100 nA (Máximo) a V_CE=20V, E_e=0mW/cm²
  • Voltaje de Saturación Colector-Emisor (V_CE(sat)): 0.4V (Máximo) a I_C=0.5mA, I_F=20mA
  • Corriente del Colector (I_C(ON)): 0.5 mA (Mínimo) a V_CE=5V, I_F=20mA
  • Tiempo de Subida (t_r): 20 μs (Típico) a V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ
  • Tiempo de Bajada (t_f): 20 μs (Típico) a V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varias curvas características esenciales para los ingenieros de diseño.

3.1 Características del LED IR

Los gráficos ilustran la relación entre la corriente directa y la temperatura ambiente, mostrando la reducción de potencia necesaria a temperaturas más altas para mantenerse dentro de los límites de potencia. La curva de sensibilidad espectral confirma la emisión pico a 940nm. Otro gráfico muestra la variación menor de la longitud de onda de emisión pico con la temperatura ambiente, que típicamente es despreciable para la mayoría de las aplicaciones.

3.2 Características del Fototransistor

Los gráficos clave incluyen la relación entre la corriente del colector y la corriente directa (características de transferencia) a varias temperaturas, destacando la sensibilidad del dispositivo. El gráfico de disipación de potencia del colector vs. temperatura ambiente es crucial para la gestión térmica, indicando cómo la potencia máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El ITR8104 viene en un encapsulado estándar de orificio pasante. Las dimensiones críticas incluyen el espaciado de terminales, el ancho del cuerpo y la altura total. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.3mm a menos que se especifique lo contrario. El espaciado de terminales se mide en el punto donde los terminales emergen del cuerpo del encapsulado plástico.

4.2 Identificación de Polaridad y Montaje

El dispositivo tiene una asignación de pines estándar: el ánodo y cátodo del LED infrarrojo, y el colector y emisor del fototransistor. La carcasa típicamente está marcada o tiene una forma que indica el pin 1. Al montarlo en una PCB, los orificios deben estar alineados con precisión con las posiciones de los terminales para evitar imponer tensión mecánica en el cuerpo de epoxi, lo que puede degradar el rendimiento o causar fallas.

5. Guías de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Formado de Terminales

• El doblado debe realizarse a una distancia mayor de 3mm desde la parte inferior del cuerpo de resina epoxi.
• El formado de terminales debe completarseantesdel proceso de soldadura.
• El marco de terminales debe sujetarse firmemente durante el doblado para evitar tensión en el encapsulado.
• El corte de terminales debe realizarse a temperatura ambiente.

5.2 Recomendaciones de Soldadura

Para prevenir daños térmicos, mantenga una distancia mínima de 3mm desde la unión de soldadura hasta la bombilla de epoxi.

• Soldadura Manual:Temperatura de la punta del soldador: 300°C Máx. (30W Máx.). Tiempo de soldadura: 3 segundos Máx. por terminal.
• Soldadura por Ola/Inmersión:Temperatura de precalentamiento: 100°C Máx. (60 seg Máx.). Temperatura del baño de soldadura: 260°C Máx. Tiempo de inmersión: 5 segundos Máx.
• Evite el enfriamiento rápido después de soldar. Permita que el dispositivo regrese gradualmente a temperatura ambiente.
• La soldadura por inmersión o manual no debe realizarse más de una vez.

5.3 Perfil de Soldadura Recomendado

El perfil sugiere un precalentamiento gradual, un tiempo controlado por encima del líquido (típicamente 260°C) y una tasa de enfriamiento controlada para minimizar el choque térmico en el componente.

6. Almacenamiento y Manipulación

• Almacenamiento Inicial (después del envío):10–30°C, ≤70% HR hasta por 3 meses.
• Almacenamiento a Largo Plazo (más de 3 meses):10–25°C, 20–60% HR en un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno hasta por un año.
• Después de Abrir el Embalaje:Almacene a 10–25°C, 20–60% HR. Use dentro de las 24 horas o lo antes posible. Selle nuevamente los dispositivos no utilizados de inmediato.
• Evite cambios rápidos de temperatura en ambientes de alta humedad para prevenir condensación.
• Limpieza:La limpieza ultrasónicanoestá recomendada para este dispositivo.

7. Información de Embalaje y Pedido

7.1 Especificación del Embalaje

El embalaje estándar es: 100 piezas por tubo, 20 tubos por caja y 4 cajas por cartón.

7.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta del producto incluye campos para: Número de Producto del Cliente (CPN), Número de Producto (P/N), Cantidad de Empaque (QTY), Rango de Intensidad Luminosa (CAT), Rango de Longitud de Onda Dominante (HUE), Rango de Voltaje Directo (REF), Número de Lote (LOT No.) y un código de fecha/mes (X).

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Detección de Posición/Velocidad:En ratones de computadora, copiadoras y unidades de disquete para detectar rotación o movimiento lineal.
• Conmutación Sin Contacto:Detección de objetos en máquinas expendedoras, sistemas de seguridad y automatización industrial.
• Detección de Bordes:En impresoras y escáneres para detectar la presencia de papel o bordes del medio.
• Montaje Directo en Placa:Adecuado para aplicaciones de PCB de orificio pasante donde se requiere conmutación aislada y confiable.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie con el LED IR para limitar la corriente directa (I_F) al valor deseado, típicamente 20mA o menos para una confiabilidad a largo plazo.
• Resistencia de Carga:Una resistencia de pull-up típicamente se conecta entre el colector del fototransistor y el voltaje de alimentación (V_CC). El valor (ej., 1kΩ) afecta el rango de voltaje de salida y la velocidad de conmutación.
• Luz Ambiental:Aunque el filtro de 940nm ayuda, diseñar una barrera física o carcasa para proteger el sensor de fuentes directas de IR ambiental (como la luz solar o bombillas incandescentes) mejora la confiabilidad.
• Tiempo de Respuesta:Para aplicaciones de alta velocidad, considere el tiempo típico de subida/bajada de 20μs y asegúrese de que el circuito de accionamiento pueda acomodarlo.
• Gestión Térmica:Adhiérase a las curvas de reducción de potencia, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El ITR8104 ofrece un conjunto equilibrado de características. Su longitud de onda de 940nm proporciona buena inmunidad al ruido de luz visible. El diseño de ejes convergentes lado a lado ofrece un espacio de detección bien definido, haciéndolo adecuado para detección de bordes y posicionamiento preciso de objetos. El rápido tiempo de respuesta de 20μs permite su uso en aplicaciones de conteo o codificación de velocidad moderada. El encapsulado de orificio pasante proporciona una fijación mecánica robusta para aplicaciones sujetas a vibración. En comparación con los sensores reflectivos, los interruptores ópticos proporcionan una señal de encendido/apagado más definitiva ya que no se ven afectados por la reflectividad del objeto objetivo.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

10.1 ¿Cuál es la corriente de operación típica para el LED IR?

Las características electro-ópticas se especifican a I_F= 20mA, que es un punto de operación común y confiable. Puede ser accionado hasta el máximo absoluto de 50mA para una salida más alta, pero esto requiere una gestión térmica cuidadosa y puede reducir la confiabilidad a largo plazo.

10.2 ¿Qué tan sensible es el fototransistor?

El parámetro clave es I_C(ON), que está garantizado al menos 0.5mA cuando el LED IR es accionado con 20mA y V_CE=5V. Esto proporciona una señal sólida para interfaces de conmutación digital con una resistencia de pull-up adecuada.

10.3 ¿Puedo usar este dispositivo para detectar objetos transparentes?

No. El ITR8104 está diseñado para detectar objetos opacos que interrumpen completamente el haz infrarrojo. Los materiales transparentes o translúcidos pueden permitir que pase suficiente luz IR, impidiendo que el fototransistor se apague completamente.

10.4 ¿Cuál es la separación recomendada entre el emisor y el detector para un objeto?

La hoja de datos no especifica una separación máxima. La separación efectiva está determinada por la alineación y la intensidad del LED IR. Para una operación confiable, el objeto debe ocupar completamente la trayectoria óptica convergente entre los dos elementos. La distancia de detección típica es de unos pocos milímetros, definida por la carcasa mecánica.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Detección de Atasco de Papel en una Impresora
Un ITR8104 está montado a través de la trayectoria del papel. Un pin de un microcontrolador acciona el LED IR a través de una resistencia de 150Ω (limitando I_Fa ~20mA a 3.3V). El colector del fototransistor está conectado al pin de entrada digital del microcontrolador a través de una resistencia de pull-up de 4.7kΩ a 3.3V. En el estado "papel presente", el papel bloquea el haz, el fototransistor está apagado y el pin de entrada lee ALTO a través del pull-up. Cuando la trayectoria del papel está despejada, la luz IR llega al fototransistor, encendiéndolo y llevando el pin de entrada a BAJO. El microcontrolador monitorea este pin. Un estado ALTO persistente cuando se espera papel indica un atasco o alimentación incorrecta. El tiempo de respuesta rápido asegura que el atasco se detecte rápidamente, y la longitud de onda de 940nm evita disparos falsos por la iluminación de la habitación.

12. Principio de Funcionamiento

El ITR8104 opera bajo el principio de detección de luz modulada. Un LED infrarrojo emite fotones a una longitud de onda de 940nm. Un fototransistor de silicio, posicionado frente al LED, actúa como receptor. Cuando fotones de suficiente energía golpean la región base del fototransistor, generan pares electrón-hueco. Esta corriente fotogenerada actúa como corriente de base, haciendo que el transistor conduzca una corriente de colector mucho mayor (el efecto fotoeléctrico combinado con la amplificación del transistor). La presencia de un objeto opaco en la trayectoria de la luz detiene los fotones de llegar al fototransistor, eliminando la corriente de base y apagando el transistor. Esto crea una señal de salida digital correlacionada con la presencia o ausencia del objeto.

13. Tendencias Tecnológicas

Los interruptores ópticos siguen siendo componentes fundamentales en sistemas electromecánicos. Las tendencias actuales se centran en la miniaturización (encapsulados SMD más pequeños), la integración de circuitos adicionales de acondicionamiento de señal (como disparadores Schmitt o amplificadores) dentro del encapsulado para proporcionar una salida digital más limpia, y una mayor resistencia a contaminantes ambientales. También hay una tendencia hacia variantes de mayor velocidad para aplicaciones de codificación avanzadas. El principio central de interrupción óptica sigue siendo robusto debido a su aislamiento eléctrico, naturaleza sin contacto y confiabilidad en comparación con los interruptores puramente mecánicos.