Hoja de Datos del Interruptor Óptico ITR8102 - Dimensiones del Paquete 4.8x4.8x3.2mm - Tensión Directa 1.25V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR8102 es un módulo interruptor óptico compacto diseñado para aplicaciones de detección sin contacto. Integra un diodo emisor de infrarrojos (IRED) y un fototransistor de silicio alineados en ejes ópticos convergentes dentro de una carcasa termoplástica negra. Esta configuración permite que el fototransistor reciba radiación del IRED en condiciones normales. Cuando un objeto opaco interrumpe la trayectoria de la luz entre el emisor y el detector, el fototransistor deja de conducir, permitiendo la detección de objetos o el sensado de posición.

Las características clave incluyen un tiempo de respuesta rápido, alta sensibilidad y cumplimiento de estándares ambientales como RoHS y REACH de la UE. El dispositivo está construido con materiales libres de plomo.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Máximas Absolutas

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

• Disipación de Potencia de Entrada (Pd):75 mW a o por debajo de 25°C de temperatura ambiente libre.
• Tensión Inversa de Entrada (VR):Máximo 5 V.
• Corriente Directa de Entrada (IF):Máximo 50 mA.
• Disipación de Potencia del Colector de Salida (Pc):75 mW.
• Corriente del Colector de Salida (IC):Máximo 20 mA.
• Tensión Colector-Emisor (BVCEO):Máximo 30 V.
• Temperatura de Operación (Topr):-25°C a +85°C.
• Temperatura de Almacenamiento (Tstg):-40°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura de Terminales (Tsol):260°C durante menos de 5 segundos, medido a 3mm del paquete.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a Ta=25°C y definen el rendimiento operativo típico.

• Tensión Directa (VF):Típicamente 1.25V, con un máximo de 1.60V a IF=20mA.
• Corriente Inversa (IR):Máximo 10 μA a VR=5V.
• Longitud de Onda Pico (λP):940 nm a IF=20mA.
• Corriente de Oscuridad (ICEO):Máximo 100 nA a VCE=20V con irradiancia cero (Ee=0 mW/cm²).
• Tensión de Saturación Colector-Emisor (VCE(sat)):Máximo 0.4V a IC=0.9mA y IF=20mA.
• Corriente del Colector (IC(ON)):Mínimo 0.9mA, valores típicos más altos, hasta un máximo de 15mA a VCE=5V y IF=20mA.
• Tiempo de Subida/Bajada (tr, tf):Típicamente 15 μsec cada uno bajo condiciones de prueba especificadas (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ).

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

3.1 Características del Emisor IR

La hoja de datos proporciona curvas típicas para el componente emisor de infrarrojos. Lacurva Corriente Directa vs. Tensión Directamuestra la relación no lineal, esencial para diseñar el circuito de excitación limitador de corriente. Lacurva Corriente Directa vs. Temperatura Ambienteilustra la necesaria reducción de la corriente directa máxima permitida a medida que aumenta la temperatura ambiente para evitar sobrecalentamiento. Lacurva de Distribución Espectralconfirma la emisión pico a 940nm, que es óptima para coincidir con la sensibilidad del fototransistor y minimizar la interferencia de la luz visible ambiental.

3.2 Características del Fototransistor

La curva clave para el fototransistor es elgráfico de Sensibilidad Espectral.Muestra la responsividad del detector a través de diferentes longitudes de onda, alcanzando un pico en la región del infrarrojo cercano alrededor de 940nm. Esta coincidencia espectral precisa con la salida del emisor IR garantiza una alta sensibilidad y relación señal-ruido en el sistema de detección.

4. Información Mecánica y del Paquete

4.1 Dimensiones del Paquete

El ITR8102 está alojado en un paquete estándar de 4 pines de visión lateral. Las dimensiones críticas incluyen un tamaño total del cuerpo de aproximadamente 4.8mm de largo, 4.8mm de alto y 3.2mm de ancho (excluyendo terminales). La separación entre terminales es de 2.54mm (0.1 pulgadas). Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.3mm a menos que se especifique lo contrario. Los terminales emergen de la parte inferior de la carcasa de plástico negro, que actúa como una barrera óptica para evitar diafonía entre el emisor y el detector.

4.2 Identificación de Polaridad

El componente utiliza una configuración de patillaje estándar. Al ver el dispositivo desde el frente (el lado con las aberturas de la lente), los pines suelen estar dispuestos de izquierda a derecha de la siguiente manera: Ánodo del IRED, Cátodo del IRED, Emisor del fototransistor, Colector del fototransistor. Es crucial consultar el diagrama del paquete para una identificación definitiva y garantizar la conexión correcta del circuito.

5. Pautas de Soldadura y Montaje

5.1 Formado de Terminales

Los terminales deben formarse antes de soldar. La flexión debe ocurrir a una distancia mayor de 3mm desde la parte inferior del cuerpo del paquete de epoxi para evitar grietas por tensión o degradación del rendimiento. El marco de terminales debe sujetarse firmemente durante la flexión para evitar tensión en la bombilla de epoxi. El corte de terminales debe realizarse a temperatura ambiente.

5.2 Proceso de Soldadura

Las condiciones de soldadura recomendadas son críticas para la fiabilidad.

• Soldadura Manual:Temperatura máxima de la punta del soldador 300°C (para un soldador de 30W), tiempo máximo de soldadura 3 segundos por terminal.
• Soldadura por Ola/Inmersión:Temperatura máxima de precalentamiento 100°C hasta 60 segundos. Temperatura máxima del baño de soldadura 260°C durante un tiempo máximo de inmersión de 5 segundos.
• Distancia Crítica:La unión de soldadura debe estar al menos a 3mm de la bombilla de epoxi para evitar daños térmicos.
• Límite del Proceso:La soldadura por inmersión o manual no debe realizarse más de una vez.

Se proporciona un perfil de temperatura de soldadura recomendado, que enfatiza una rampa de calentamiento controlada, una meseta de temperatura pico y una fase de enfriamiento controlada para minimizar el choque térmico.

5.3 Limpieza y Almacenamiento

La limpieza ultrasónica está prohibida, ya que puede dañar los componentes internos o el sellado de epoxi. Para el almacenamiento, los dispositivos deben mantenerse a 10-30°C y ≤70% HR hasta 3 meses después del envío. Para un almacenamiento más prolongado (hasta un año), se recomienda una atmósfera de nitrógeno a 10-25°C y 20-60% HR. Después de abrir la bolsa barrera de humedad, los dispositivos deben usarse dentro de las 24 horas o resellarse rápidamente.

6. Información de Embalaje y Pedido

La especificación de embalaje estándar es de 100 piezas por tubo, 20 tubos por caja y 4 cajas por cartón, totalizando 8000 piezas por cartón. La etiqueta en el embalaje incluye campos para el Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte del Fabricante (P/N), Cantidad de Embalaje (QTY) y Número de Lote (LOT No.) para trazabilidad.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El ITR8102 es adecuado para diversas aplicaciones de detección y conmutación sin contacto, incluyendo pero no limitado a:

• Detección de Posición en Impresoras/Escáneres/Fotocopiadoras:Detectar presencia de papel, posición de la bandeja o posición de inicio del carro.
• Codificación Rotativa:Utilizado junto con una rueda ranurada para medir velocidad o posición en motores, ventiladores o unidades de disquete.
• Detección de Objetos:Detectar la presencia o ausencia de un objeto en máquinas expendedoras, automatización industrial o sistemas de seguridad.
• Conmutación Sin Contacto:Implementar interruptores sin contacto en electrónica de consumo o electrodomésticos.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Resistencia Limitadora de Corriente:Una resistencia externa debe conectarse en serie con el ánodo del IRED para limitar la corriente directa (IF) al valor deseado (por ejemplo, 20mA para operación típica), calculado en base al voltaje de alimentación y la tensión directa (VF) del IRED.
• Polarización del Fototransistor:Una resistencia de carga (RL) se conecta entre el colector del fototransistor y la alimentación positiva. El valor de RL determina la excursión del voltaje de salida y la velocidad de conmutación. Un valor típico es 1kΩ.
• Inmunidad a la Luz Ambiente:La carcasa negra y el par de longitudes de onda coincidentes de 940nm proporcionan un buen rechazo a la luz visible ambiental. Para entornos con alto IR ambiental, pueden ser necesarias técnicas de modulación/demodulación.
• Diseño de Apertura y Separación:La distancia de detección y la resolución dependen del tamaño y la alineación del objeto que interrumpe el haz. El eje óptico convergente define una separación de detección específica.
• Gestión del Calor:La corriente directa debe reducirse a temperaturas ambientales más altas según la curva de reducción para garantizar que la disipación de potencia de entrada (Pd) no exceda los límites seguros.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El ITR8102 ofrece un conjunto equilibrado de especificaciones para interrupción óptica de propósito general. Sus diferenciadores clave incluyen un tiempo de respuesta relativamente rápido de 15μs adecuado para detección de velocidad media, una corriente de colector mínima alta (0.9mA) que garantiza una señal de salida fuerte y un paquete compacto y estándar de la industria. En comparación con los sensores reflectivos, los módulos interruptores como el ITR8102 proporcionan mayor fiabilidad y consistencia ya que son inmunes a las variaciones en la reflectividad del objeto objetivo. La configuración lado a lado con una separación física es ideal para detectar objetos que pasan a través de un plano específico.

9. Preguntas Frecuentes (FAQs)

9.1 ¿Cuál es la distancia o separación de detección típica?

La separación de detección está definida por la separación mecánica entre las lentes del emisor y el detector dentro del paquete. Para el ITR8102, esta es una separación interna fija. El dispositivo detecta cualquier objeto opaco que se inserte en esta separación e interrumpa el haz infrarrojo. La "distancia de detección" efectiva es esencialmente cero, ya que el objeto debe entrar físicamente en la ranura.

9.2 ¿Puedo alimentar el IRED directamente con una fuente de voltaje?

No. El IRED es un diodo con una resistencia dinámica y una caída de tensión directa. Conectarlo directamente a una fuente de voltaje que exceda su VF causará un flujo de corriente excesivo, pudiendo destruir el dispositivo. Una resistencia limitadora de corriente en serie es obligatoria.

9.3 ¿Cómo conecto la salida del fototransistor a un microcontrolador?

El fototransistor actúa como un interruptor dependiente de la luz. Con la resistencia de carga (RL) conectada a VCC, la salida del colector se pondrá en nivel bajo (cerca de VCE(sat)) cuando el haz no esté bloqueado (estado ON). Cuando el haz está bloqueado, el transistor se apaga y la salida del colector sube a nivel alto (a VCC). Esta señal digital puede ser leída directamente por un pin de entrada digital de un microcontrolador. Para el sensado analógico de la intensidad de la luz, el voltaje a través de RL puede medirse con un ADC, aunque la linealidad puede ser limitada.

9.4 ¿Por qué es tan crítica la distancia de soldadura (3mm)?

El paquete de epoxi que encapsula los chips semiconductores es sensible al estrés térmico extremo. Soldar demasiado cerca del cuerpo puede transferir calor excesivo, pudiendo agrietar el epoxi, dañar las conexiones internas por alambres o alterar las propiedades ópticas de la lente, lo que lleva a un fallo inmediato o a una fiabilidad reducida a largo plazo.

10. Caso Práctico de Diseño

Caso: Sensor de Falta de Papel en una Impresora de Escritorio

En esta aplicación, el ITR8102 se monta en la placa principal de la impresora, posicionado de modo que su separación de detección se alinee con una trayectoria por la que pasa la pila de papel. Una palanca mecánica o bandera unida a la bandeja de papel se mueve hacia la separación del sensor cuando se agota el papel.

Implementación del Circuito:El IRED es excitado con una corriente constante de 20mA desde la fuente de lógica de 5V de la impresora a través de una resistencia en serie de 180Ω ((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω, valor estándar 180Ω). El colector del fototransistor está conectado a la alimentación de 5V a través de una resistencia pull-up de 4.7kΩ y también a un pin GPIO del microcontrolador de la impresora.

Operación:Cuando hay papel, la bandera está fuera de la separación, el haz no está interrumpido, el fototransistor está ON, llevando la salida del colector a BAJO. El microcontrolador lee un '0' lógico, indicando que hay papel. Cuando se acaba el papel, la bandera entra en la separación, bloqueando el haz. El fototransistor se apaga (OFF), permitiendo que la resistencia pull-up lleve la salida del colector a ALTO. El microcontrolador lee un '1' lógico, activando una alerta de "Falta de Papel" en la interfaz de usuario. El tiempo de respuesta rápido del ITR8102 garantiza una detección inmediata.

11. Principio de Funcionamiento

El ITR8102 opera bajo el principio de transmisión y detección de luz modulada. El diodo emisor de infrarrojos (IRED) interno emite fotones a una longitud de onda pico de 940nm cuando se polariza directamente con una corriente apropiada. Estos fotones viajan a través de una pequeña separación de aire dentro de la carcasa, precisamente alineada. El fototransistor de silicio, posicionado opuesto al IRED, es sensible a esta longitud de onda específica. Cuando los fotones golpean la región de la base del fototransistor, generan pares electrón-hueco, creando efectivamente una corriente de base que enciende el transistor, permitiendo que fluya una corriente de colector mucho mayor. Esta corriente de colector es proporcional a la intensidad de la luz infrarroja recibida. Cuando un objeto opaco entra en la separación, bloquea el flujo de fotones, la corriente de base del fototransistor cae a casi cero (corriente de oscuridad) y el transistor se apaga. Este estado eléctrico distinto ON/OFF en la salida corresponde directamente a la presencia o ausencia de un objeto en la trayectoria óptica.

12. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de interruptores ópticos continúa evolucionando junto con los avances en optoelectrónica y fabricación. Las tendencias incluyen el desarrollo de dispositivos con huellas de paquete aún más pequeñas para permitir la miniaturización en electrónica de consumo y wearables. También hay un impulso hacia velocidades de conmutación más altas para soportar codificación de datos más rápida y automatización industrial de alta velocidad. La integración de funcionalidad adicional, como disparadores Schmitt incorporados para acondicionamiento de señal o resistencias limitadoras de corriente, simplifica el diseño del circuito. Además, las mejoras en materiales y procesos de moldeo mejoran la robustez ambiental, permitiendo la operación en rangos más amplios de temperatura y humedad para aplicaciones automotrices e industriales. El principio fundamental sigue siendo robusto, asegurando la relevancia continua de los interruptores ópticos para la detección confiable, sin contacto, de posición y objetos.