Hoja de Datos del Interruptor Óptico ITR9606-F - Paquete 4.0x3.2x2.5mm - Tensión Directa 1.2V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR9606-F es un módulo interruptor óptico reflectante compacto de configuración lado a lado. Integra un diodo emisor de infrarrojos (IRED) y un fototransistor de silicio dentro de una única carcasa negra de termoplástico. Los componentes están alineados en ejes ópticos convergentes. El principio de funcionamiento fundamental implica que el fototransistor detecta la radiación emitida por el IRED. Cuando un objeto opaco interrumpe la trayectoria de la luz entre el emisor y el detector, el estado de salida del fototransistor cambia, permitiendo funciones de detección y conmutación sin contacto.

1.1 Características y Ventajas Principales

• Tiempo de Respuesta Rápido:Permite la detección de alta velocidad, adecuada para aplicaciones como codificadores y sensores de velocidad.
• Alta Sensibilidad:El fototransistor de silicio proporciona una detección de señal fiable incluso con baja intensidad de IR.
• Longitud de Onda Específica:Presenta una longitud de onda de emisión pico (λp) de 940nm, que se encuentra en el espectro del infrarrojo cercano, minimizando la interferencia de la luz ambiental visible.
• Cumplimiento Ambiental:El producto está libre de plomo, cumple con la directiva RoHS y se adhiere a las regulaciones REACH de la UE.
• Diseño Compacto:El encapsulado integrado lado a lado ofrece una solución que ahorra espacio para el montaje en PCB.

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este interruptor óptico está diseñado para una variedad de aplicaciones de detección sin contacto y de posición, incluyendo pero no limitándose a:

• Detección de posición en ratones de ordenador y fotocopiadoras.
• Detección de papel y de borde en escáneres e impresoras.
• Detección de presencia de disco en unidades de disquete y otras unidades de medios.
• Conmutación sin contacto de propósito general.
• Montaje directo en placa en electrónica de consumo y controles industriales.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de las especificaciones eléctricas y ópticas del dispositivo.

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

Estas especificaciones definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente al dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Entrada (IRED):
  • Disipación de Potencia (Pd): 75 mW (a 25°C o menos). Requiere reducción de potencia a temperaturas ambientales más altas.
  • Tensión Inversa (VR): 5 V. Exceder este valor puede dañar la unión del LED.
  • Corriente Directa (IF): 50 mA. La corriente continua (DC) debe limitarse típicamente a 20mA para una operación confiable a largo plazo.
• Salida (Fototransistor):
  • 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.
• Límites Térmicos:
  • 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 un máximo de 5 segundos, medido a 3mm del cuerpo del encapsulado.

2.2 Características Electro-Ópticas

Medidas a T_a= 25°C, estos parámetros definen el rendimiento típico del dispositivo en condiciones normales de operación.

• Características de Entrada (IRED):
  • Tensión Directa (V_F): Típicamente 1.2V, con un máximo de 1.5V a I_F=20mA. Esto es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente para el LED.
  • Corriente Inversa (I_R): Máximo 10 μA a V_R=5V.
  • Longitud de Onda Pico (λ_P): 940 nm. Esta longitud de onda IR es invisible para el ojo humano y ayuda a reducir el ruido óptico.
• Características de Salida (Fototransistor):
  • Corriente de Oscuridad (I_CEO): Máximo 100 nA a V_CE=20V con iluminación cero (E_e=0). Esta es la corriente de fuga cuando el sensor está bloqueado.
  • Tensión de Saturación Colector-Emisor (V_CE(sat)): Máximo 0.4V a I_C=2mA y una irradiancia de 1mW/cm². Un V_CE(sat)más bajo es mejor para aplicaciones de conmutación digital.
  • Corriente del Colector (I_C(ON)): Varía desde un mínimo de 0.5mA hasta un máximo de 10mA a V_CE=5V e I_F=20mA. Este amplio rango indica una variación potencial de unidad a unidad en la sensibilidad.
• Respuesta Dinámica:
  • Tiempo de Subida (t_r) & Tiempo de Bajada (t_f): Típicamente 15 μs cada uno bajo condiciones de prueba especificadas (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ). Esto define la capacidad máxima de frecuencia de conmutación.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

Los datos gráficos proporcionan una visión más profunda del comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

3.1 Características del Emisor IR

La hoja de datos incluye curvas típicas para el componente emisor de infrarrojos.

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I_F-V_F):Esta curva exponencial es estándar para un diodo. En el punto de operación típico de I_F=20mA, V_Fes aproximadamente 1.2V. La curva ayuda en el análisis de gestión térmica, ya que V_Ftiene un coeficiente de temperatura negativo.
• Distribución Espectral:Confirma la emisión pico a 940nm con un ancho a media altura (FWHM) típico para un LED de GaAlAs, mostrando una emisión mínima en el espectro visible.

3.2 Características del Fototransistor

• Sensibilidad Espectral:El fototransistor de silicio tiene una sensibilidad pico en la región del infrarrojo cercano, que coincide estrechamente con la emisión de 940nm del IRED emparejado. Esta alineación maximiza la eficiencia de acoplamiento y la relación señal-ruido.
• Disipación de Potencia del Colector vs. Temperatura Ambiente:Una curva de reducción de potencia que muestra que la disipación de potencia máxima permitida disminuye linealmente a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Esto es crítico para los cálculos de fiabilidad en entornos de alta temperatura.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El ITR9606-F tiene una carcasa rectangular compacta.

• Dimensiones Generales:Aproximadamente 4.0mm de longitud, 3.2mm de ancho y 2.5mm de altura (excluyendo terminales).
• Separación de Terminales:La separación estándar entre terminales es de 2.54mm (0.1 pulgadas), compatible con diseños de PCB comunes.
• Forma de los Terminales:Los terminales están diseñados para montaje a través de orificio. El dibujo dimensional especifica la ubicación de la barra de unión y el punto de doblado recomendado.
• Tolerancias:A menos que se especifique lo contrario, las tolerancias dimensionales son de ±0.3mm.

4.2 Identificación de Polaridad y Montaje

La carcasa negra ayuda a prevenir la diafonía óptica interna. El componente no es explícitamente simétrico; el diagrama de la hoja de datos indica la posición de los lados del emisor y del detector. La orientación correcta es esencial para que el eje óptico convergente funcione según lo previsto. La huella en el PCB debe alinearse con precisión con las posiciones de los terminales para evitar tensiones mecánicas en el cuerpo de epoxi durante la soldadura.

5. Pautas de Soldadura y Ensamblaje

El manejo adecuado es crucial para mantener la integridad y el rendimiento del dispositivo.

5.1 Instrucciones para el Formado de Terminales

• El doblado debe realizarse a una distancia mayor de 3mm desde la base del cuerpo del encapsulado de epoxi.
• El formado de terminales debe completarseantesdel proceso de soldadura.
• El marco de terminales debe fijarse de forma segura durante el doblado, y se debe evitar la tensión en el cuerpo de epoxi para prevenir grietas o daños internos.
• El corte de terminales debe realizarse a temperatura ambiente.

5.2 Parámetros de Soldadura Recomendados

• Soldadura Manual:Temperatura máxima de la punta del soldador 300°C (para un soldador de 30W), tiempo de soldadura máximo 3 segundos por terminal. Mantener una distancia mínima de 3mm desde la unión de soldadura al bulbo de epoxi.
• Soldadura por Ola/Inmersión:Temperatura máxima de precalentamiento 100°C (hasta 60 segundos). Temperatura máxima del baño de soldadura 260°C, con un tiempo de permanencia máximo de 5 segundos. Mantener la regla de distancia de 3mm.
• Notas Críticas:
  • Evitar aplicar tensión a los terminales mientras el dispositivo está caliente.
  • No realizar soldadura por inmersión/manual más de una vez.
  • Proteger el dispositivo de golpes mecánicos hasta que se enfríe a temperatura ambiente.
  • No utilizar métodos de limpieza ultrasónica.

5.3 Condiciones de Almacenamiento

• Corto Plazo (≤3 meses):Almacenar a 10-30°C con ≤70% de Humedad Relativa (HR).
• Largo Plazo (≥3 meses):Almacenar en un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno a 10-25°C y 20-60% HR.
• Después de Abrir:Utilizar los dispositivos dentro de las 24 horas si es posible. Almacenar los sobrantes a 10-25°C, 20-60% HR, y sellar de nuevo la bolsa del paquete rápidamente.
• Evitar cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir la condensación.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Especificaciones del Embalaje

• 90 piezas por tubo.
• 48 tubos por caja.
• 4 cajas por cartón.

6.2 Información de la Etiqueta

La etiqueta del embalaje incluye campos estándar para trazabilidad: Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte del Fabricante (P/N), Cantidad (QTY), Categorías (CAT), Referencia (REF) y Número de Lote (LOT No.).

7. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

7.1 Configuración de Circuito Típica

Un circuito de aplicación básico implica una resistencia limitadora de corriente en serie con el ánodo del IRED. El fototransistor se conecta típicamente con una resistencia de pull-up en su colector, formando una configuración de emisor común. La salida se toma del colector, que se pondrá a nivel bajo cuando se detecte la luz IR (objeto ausente) y a nivel alto cuando la trayectoria de la luz se interrumpa (objeto presente). El valor de la resistencia de pull-up y la corriente del IRED determinarán la amplitud de la tensión de salida y la velocidad de respuesta.

7.2 Mejores Prácticas de Diseño y Distribución

• Trayectoria Óptica:Asegurar que el objeto a detectar pase limpiamente por la ranura entre el emisor y el detector. Considerar el tamaño, reflectividad y velocidad del objeto.
• Inmunidad a la Luz Ambiental:Aunque el filtro de 940nm y la carcasa proporcionan cierta protección, diseñar el sistema para modular la corriente del IRED y utilizar detección síncrona en el circuito receptor puede mejorar enormemente la inmunidad a la luz ambiental y al ruido eléctrico.
• Gestión Térmica:Adherirse a la curva de reducción de potencia. En aplicaciones con alta temperatura ambiente o alto ciclo de trabajo, reducir la corriente de operación (I_F) en consecuencia.
• Montaje Mecánico:Fijar el dispositivo firmemente al PCB para minimizar la vibración, que puede afectar la fiabilidad. Asegurar que no se transfiera tensión al encapsulado a través de los terminales.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El ITR9606-F pertenece a una clase común de interruptores ópticos de configuración lateral. Sus diferenciadores clave incluyen su emparejamiento específico de longitud de onda de 940nm, un tiempo de respuesta típico de 15μs y un encapsulado compacto para montaje a través de orificio. En comparación con los sensores transmisivos con un espacio físico, esta configuración reflectante lado a lado permite la detección de objetos sin espacio, pero puede tener una distancia de detección efectiva ligeramente más corta y puede ser más sensible a la reflectividad del objeto objetivo.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

9.1 Basadas en Parámetros Técnicos

P: ¿Cuál es la distancia o espacio de detección típico para este interruptor?

R: La hoja de datos no especifica un espacio de detección máximo. Esto depende en gran medida de la corriente de accionamiento del IRED, la ganancia del fototransistor y la reflectividad/tamaño del objeto objetivo. Está diseñado para la detección en proximidad cercana o la interrupción directa de la trayectoria óptica interna, más que para la detección a larga distancia.

P: ¿Por qué la Corriente del Colector (I_C(ON)) se especifica con un rango tan amplio (0.5mA a 10mA)?

R: Este rango tiene en cuenta la variación natural en la relación de transferencia de corriente (CTR) del optoacoplador, que es la relación entre la corriente de salida del fototransistor y la corriente de entrada del IRED. Diseñe circuitos para que funcionen de manera confiable con el I_C(ON)mínimo especificado para garantizar la funcionalidad en todas las unidades de producción.

P: ¿Puedo accionar el IRED con una corriente pulsada superior a 20mA?

R: La Especificación Máxima Absoluta para la corriente directa continua es de 50mA. Si bien pulsos breves por encima de 20mA podrían ser posibles, la disipación de potencia promedio no debe exceder los 75mW nominales, considerando el ciclo de trabajo y la temperatura ambiente. Exceder las especificaciones conlleva el riesgo de reducir la vida útil o provocar una falla inmediata.

10. Ejemplos Prácticos de Aplicación

10.1 Detección de Papel en una Impresora

En una bandeja de papel de impresora, el ITR9606-F puede montarse de modo que la pila de papel se sitúe en la trayectoria óptica entre el emisor y el detector. Cuando hay papel, éste refleja la luz IR al fototransistor, indicando "papel cargado". Cuando la bandeja está vacía, la falta de una superficie reflectante hace que la salida del fototransistor cambie de estado, activando una alerta de "poco papel". El tiempo de respuesta rápido permite la detección incluso cuando el papel se alimenta rápidamente.

10.2 Codificador Rotativo para Velocidad de Motor

Un disco ranurado unido al eje de un motor puede pasar por la zona de detección del sensor. A medida que las ranuras y los radios pasan alternativamente, interrumpen el haz IR, generando un tren de pulsos digitales en la salida del fototransistor. La frecuencia de esta señal es directamente proporcional a la velocidad del motor. El tiempo de respuesta de 15μs establece un límite superior en la velocidad máxima resoluble basada en la densidad de las ranuras.

11. Principio de Funcionamiento

El ITR9606-F funciona según el principio de reflexión de luz infrarroja modulada. El IRED interno emite luz a 940nm. En su estado predeterminado (sin objeto objetivo), esta luz se refleja en la geometría interna de la carcasa o en un fondo predeterminado y es detectada por el fototransistor colocado junto a él, encendiéndolo. Cuando un objeto entra en la zona de detección, altera esta trayectoria de luz reflejada—típicamente absorbiendo o dispersando la luz IR—causando una caída medible en la irradiancia recibida por el fototransistor y, por lo tanto, en su corriente de salida. Este cambio en la salida se utiliza como una señal digital o analógica que indica la presencia o posición del objeto.

12. Tendencias Tecnológicas

Los interruptores ópticos como el ITR9606-F representan una tecnología madura y fiable. Las tendencias actuales en este campo se centran en varias áreas:

• Miniaturización:Desarrollo de encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) aún más pequeños para ahorrar espacio en PCB en la electrónica moderna.
• Integración:Incorporación de circuitos adicionales, como disparadores Schmitt, amplificadores o salidas lógicas, en el encapsulado del sensor para simplificar el diseño externo y mejorar la inmunidad al ruido.
• Rendimiento Mejorado:Mejora de los tiempos de respuesta para aplicaciones de mayor velocidad y aumento de la sensibilidad para su uso con corrientes de accionamiento más bajas para ahorrar energía.
• Especialización:Creación de variantes con diferentes longitudes de onda, distancias de detección o tipos de salida (digital, analógica) para segmentos de mercado específicos como la automoción o la automatización industrial.

A pesar de estas tendencias, el diseño reflectante lado a lado fundamental sigue siendo una solución rentable y robusta para innumerables aplicaciones de detección de proximidad y posición.