Hoja de Datos del Interruptor Óptico ITR20001/T - Carcasa 4.0x4.0x2.5mm - Tensión Directa 1.2V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR20001/T es un módulo interruptor óptico reflectivo diseñado para aplicaciones de detección sin contacto. Integra un diodo emisor infrarrojo y un fototransistor de silicio NPN dentro de una única carcasa compacta de termoplástico negro. Los componentes están posicionados uno al lado del otro sobre ejes ópticos convergentes. En su estado por defecto, el fototransistor no recibe radiación del emisor. Cuando un objeto reflectante entra en la brecha de detección, la luz infrarroja del emisor se refleja en el objeto y es detectada por el fototransistor, provocando un cambio en su estado de salida. Este principio permite una detección fiable de objetos y sensado de posición.

2. Características Clave y Cumplimiento Normativo

El dispositivo ofrece varias ventajas para el diseño electrónico:

• Tiempo de Respuesta Rápido:Permite una detección rápida, adecuada para aplicaciones de alta velocidad.
• Alta Sensibilidad:El fototransistor proporciona una señal de salida fuerte en relación con la irradiancia de entrada.
• Funcionamiento en Infrarrojo:Presenta una longitud de onda de emisión pico (λp) de 940nm, invisible para el ojo humano, reduciendo la interferencia de la luz ambiental.
• Cumplimiento Ambiental:El producto está libre de plomo, cumple con las normativas RoHS y REACH de la UE, y está libre de halógenos (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. Selección y Construcción del Dispositivo

El módulo está construido con materiales específicos para un rendimiento óptimo:

• Emisor Infrarrojo (IR):Utiliza un chip de GaAlAs (Arseniuro de Galio y Aluminio), alojado detrás de una lente transparente al agua para una transmisión infrarroja eficiente.
• Fototransistor (PT):Utiliza un chip de Silicio, alojado detrás de una lente negra para filtrar la luz visible y mejorar la relación señal-ruido.

La carcasa negra minimiza las reflexiones internas de luz (diafonía) entre el emisor y el detector cuando no hay objeto presente, asegurando un estado de apagado fiable.

4. Límites Absolutos Máximos

Operar el dispositivo más allá de estos límites puede causar daños permanentes. Todos los límites se especifican a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

4.1 Límites del Emisor (Entrada Infrarroja)

• Disipación de Potencia (Pd):75 mW
• Tensión Inversa (VR):5 V
• Corriente Directa Continua (IF):50 mA
• Corriente Directa Pico (IFP):1 A (Ancho de pulso ≤100μs, Ciclo de trabajo=1%)

4.2 Límites del Fototransistor (Salida)

• Disipación de Potencia del Colector (Pd):75 mW
• Corriente del Colector (IC):20 mA
• Tensión Colector-Emisor (BV_CEO):30 V
• Tensión Emisor-Colector (BV_ECO):5 V

4.3 Límites Generales

• Temperatura de Operación (T_opr):-40°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 1/16 de pulgada del cuerpo del encapsulado).

5. Características Electro-Ópticas

Estos parámetros definen el rendimiento eléctrico y óptico bajo condiciones de prueba estándar (Ta=25°C).

5.1 Características del Emisor Infrarrojo (Entrada)

• Tensión Directa (V_F):1.2 V (Típico) a I_F= 20mA. Máximo es 1.5V.
• Corriente Inversa (I_R):Máximo 10 μA a V_R= 5V.
• Longitud de Onda Pico (λ_P):940 nm (Típico) a I_F= 20mA.

5.2 Características del Fototransistor (Salida)

• Corriente de Oscuridad (I_CEO):Máximo 100 nA a V_CE= 5V con irradiancia cero (E_e=0). Esta es la corriente de fuga cuando el sensor está apagado.
• Tensión de Saturación Colector-Emisor (V_CE(sat)):Máximo 0.4 V a I_C= 2mA y una irradiancia de 1 mW/cm². Un V_CE(sat)bajo es deseable para aplicaciones de conmutación.
• Corriente del Colector (Relación de Transferencia):
  • I_C(ON): Mínimo 200 μA a V_CE= 5V y I_F= 20mA. Esta es la corriente cuando se detecta un objeto.
  • I_C(OFF): Máximo 2 μA bajo las mismas condiciones, representando la corriente residual cuando no hay objeto presente.
• Velocidad de Conmutación:
  • Tiempo de Subida (t_r): 25 μs (Típico)
  • Tiempo de Bajada (t_f): 25 μs (Típico) Medido con V_CE=5V, I_C=100μA, y R_L=100Ω.

6. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona datos gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo varias condiciones.

6.1 Curvas del Emisor Infrarrojo

• Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente:Muestra la reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura.
• Sensibilidad Espectral:Confirma la banda de emisión estrecha centrada alrededor de 940nm.
• Longitud de Onda de Emisión Pico vs. Temperatura:Ilustra el ligero desplazamiento de la longitud de onda pico con el cambio de temperatura.
• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva IV):Proporciona la relación para calcular los valores de la resistencia en serie.
• Intensidad Radiante vs. Corriente Directa:Muestra la potencia óptica de salida en función de la corriente de excitación.
• Intensidad Radiante Relativa vs. Desplazamiento Angular:Representa el patrón de emisión (perfil del haz) del LED IR.

6.2 Curvas del Fototransistor

• Disipación de Potencia del Colector vs. Temperatura Ambiente:Proporciona guías de reducción para la capacidad de manejo de potencia del fototransistor.
• Sensibilidad Espectral:Muestra la responsividad del fototransistor a través de las longitudes de onda, alcanzando su pico en la región infrarroja para coincidir con el emisor.
• Corriente del Colector Relativa vs. Temperatura Ambiente:Indica cómo cambia la sensibilidad del fototransistor con la temperatura.
• Corriente del Colector vs. Irradiancia:Un gráfico clave que muestra la relación lineal entre la potencia de la luz incidente y la corriente de salida, definiendo la característica de transferencia del dispositivo.
• Corriente de Oscuridad del Colector vs. Temperatura Ambiente:Muestra cómo aumenta la corriente de fuga con la temperatura, importante para operación a alta temperatura.
• Corriente del Colector vs. Tensión Colector-Emisor:Curvas características de salida que muestran el fototransistor operando en sus regiones activa y de saturación bajo diferentes niveles de irradiancia.

7. Información Mecánica y de Carcasa

El ITR20001/T está alojado en una carcasa compacta compatible con montaje superficial.

7.1 Dimensiones de la Carcasa

Las dimensiones clave del dibujo proporcionado son aproximadamente 4.0mm de longitud, 4.0mm de ancho y 2.5mm de altura (excluyendo terminales). El espaciado de terminales está diseñado para montaje estándar en PCB. Una nota crítica especifica un área mínima de evaporación de aluminio de 10.0mm, probablemente refiriéndose a una zona de exclusión recomendada o una característica de disipación de calor en el PCB. Todas las tolerancias no especificadas son de ±0.25mm.

7.2 Identificación de Polaridad

La carcasa incluye marcas o una forma específica para identificar el ánodo y el cátodo del emisor IR y el colector y emisor del fototransistor. Los diseñadores deben consultar el dibujo dimensional para información precisa de la asignación de pines y asegurar un diseño de PCB y montaje correctos.

8. Guías de Soldadura y Montaje

El dispositivo está clasificado para soldadura de terminales a 260°C durante 5 segundos, medido a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6mm) del cuerpo del encapsulado. Esto es compatible con procesos estándar de soldadura por reflujo infrarrojo (IR) o por convección utilizando pasta de soldadura sin plomo (Sn-Ag-Cu). Se debe tener cuidado de seguir el perfil de reflujo recomendado para evitar choque térmico o daños a la carcasa de plástico. El dispositivo debe almacenarse en un ambiente seco y controlado antes de su uso.

9. Información de Embalaje y Pedido

La especificación de embalaje estándar es la siguiente:

• 200 piezas por bolsa.
• 6 bolsas por caja.
• 10 cajas por cartón.

La etiqueta del producto incluye campos para el Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte del Fabricante (P/N), Cantidad (QTY) y varios códigos de clasificación para intensidad luminosa (CAT), longitud de onda dominante (HUE) y tensión directa (REF). También se proporciona un Número de Lote y un código de fecha (identificado por 'X' para el mes) para trazabilidad.

10. Sugerencias de Aplicación

10.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El ITR20001/T es muy adecuado para una variedad de aplicaciones de detección y conmutación sin contacto, incluyendo:

• Mecanismos de Ratón y Fotocopiadora:Detección de rotación de ruedas o discos codificadores.
• Sistemas de Interruptores y Escáneres:Detección de presencia de objetos para puertas automáticas, máquinas expendedoras o detección de papel en impresoras.
• Unidades de Disquete:Históricamente utilizado para detectar la pestaña de protección contra escritura o la inserción del disco.
• Conmutación Sin Contacto General:Cualquier aplicación que requiera detección de objetos, conteo o sensado de límite sin contacto físico.
• Montaje Directo en Placa:Su carcasa SMD compacta la hace ideal para diseños de PCB con espacio limitado.

10.2 Consideraciones de Diseño

• Resistencia Limitadora de Corriente:Se debe usar una resistencia en serie con el emisor IR para limitar la corriente directa (I_F) a un valor seguro, típicamente 20mA para operación normal. Calcular usando R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Resistencia de Carga:Una resistencia de pull-up se conecta típicamente entre el colector del fototransistor y la tensión de alimentación (V_CC). El valor de esta resistencia (R_L) determina la excursión de tensión de salida y la velocidad de conmutación. Una R_Lmás pequeña proporciona una conmutación más rápida pero una menor variación de tensión de salida.
• Luz Ambiental:Aunque la lente negra y el filtrado de 940nm reducen la interferencia, fuentes de infrarrojo ambiental muy fuertes (ej., luz solar, bombillas incandescentes) pueden afectar el rendimiento. Puede ser necesario un blindaje o filtrado óptico en entornos hostiles.
• Superficie Reflectante:La distancia de detección y la fiabilidad dependen de la reflectividad del objeto objetivo. Las superficies blancas o metálicas proporcionan la mejor respuesta; las superficies oscuras o mate pueden requerir distancias de brecha reducidas.
• Alineación:Los ejes ópticos convergentes definen una brecha de detección específica. El objeto debe pasar dentro de esta brecha para una detección fiable.

11. Comparativa Técnica y Ventajas

Comparado con interruptores mecánicos u otros sensores ópticos, el ITR20001/T ofrece beneficios distintivos:

• vs. Interruptores Mecánicos:Proporciona operación sin contacto, eliminando desgaste, permitiendo velocidades de conmutación más altas y ofreciendo operación silenciosa. Es inmune al rebote de contactos.
• vs. Sensores Basados en Fotodiodos:El fototransistor integrado proporciona ganancia de corriente, resultando en una corriente de salida más alta para una entrada de luz dada, a menudo eliminando la necesidad de una etapa amplificadora adicional en circuitos simples de detección encendido/apagado.
• vs. Pares Emisor-Detector Discretos:El módulo pre-alineado y encapsulado simplifica el diseño y montaje, asegura una alineación óptica consistente y ahorra espacio en la placa. La carcasa negra integrada minimiza la diafonía interna.

12. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la distancia de detección típica?

R: La distancia de detección no es un parámetro fijo; depende de la corriente de excitación al emisor IR, la reflectividad del objeto objetivo y la corriente de salida requerida del fototransistor. Los diseñadores deben usar el gráfico "Corriente del Colector vs. Irradiancia" y el gráfico "Intensidad Radiante vs. Corriente Directa" para calcular la señal esperada para una brecha y reflectividad específicas.

P: ¿Puedo excitar el emisor IR directamente con una fuente de tensión?

R: No. El emisor IR es un diodo y debe tener su corriente limitada por una resistencia externa en serie para prevenir daños por sobrecorriente, como se especifica en los Límites Absolutos Máximos (I_Fmáx = 50mA).

P: ¿Cómo conecto la salida a un microcontrolador?

R: El método más simple es usar el fototransistor como un interruptor. Conecte una resistencia de pull-up (ej., 10kΩ) desde el colector a la tensión lógica del microcontrolador (ej., 3.3V o 5V). Conecte el emisor a tierra. El nodo del colector estará en alto (lógico 1) cuando no se detecte objeto (oscuridad) y estará en bajo (lógico 0) cuando un objeto refleje luz sobre el fototransistor, encendiéndolo.

P: ¿Por qué el tiempo de respuesta se especifica con una resistencia de carga de 100Ω?

R: La velocidad de conmutación se ve afectada por la constante de tiempo RC formada por la capacitancia de unión del fototransistor y la resistencia de carga (R_L). Una R_Lmás pequeña (como 100Ω) da una constante de tiempo más rápida, permitiendo medir la velocidad intrínseca del dispositivo. En una aplicación real con una R_Lmás grande para una mayor excursión de tensión, la velocidad de conmutación será más lenta.

13. Principio de Funcionamiento

El ITR20001/T opera bajo el principio de reflexión de luz modulada. El LED infrarrojo interno emite luz a 940nm. El fototransistor, que es sensible a esta longitud de onda, está posicionado de tal manera que no "ve" directamente el haz de luz del LED bajo condiciones normales (sin objeto presente). Su salida permanece en un estado de alta impedancia/baja corriente (corriente de oscuridad). Cuando un objeto reflectante entra en la brecha predefinida entre el emisor y el detector, refleja una porción de la luz infrarroja en el área activa del fototransistor. Esta luz incidente genera corriente de base en el fototransistor, causando que se encienda y conduzca una corriente de colector significativamente mayor (I_C(ON)). Este cambio en corriente/tensión en los pines de salida es detectado por el circuito externo, señalando la presencia del objeto.

14. Exención de Responsabilidad y Notas de Uso

Se deben observar las exenciones de responsabilidad críticas de la hoja de datos:

• El fabricante se reserva el derecho de ajustar los materiales del producto.
• El producto cumple con las especificaciones publicadas durante 12 meses a partir de la fecha de envío.
• Los gráficos y valores típicos son solo para referencia y no están garantizados.
• No se deben exceder los Límites Absolutos Máximos. El fabricante no asume responsabilidad por daños resultantes de un uso indebido.
• El producto no está destinado para su uso en aplicaciones críticas para la seguridad, militares, de aviación, automotrices, médicas o de soporte vital sin consulta y aprobación previas.