Hoja de Datos del Interruptor Óptico ITR8402-F-A - Dimensiones 4.0x2.0x3.0mm - Voltaje Directo 1.2V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR8402-F-A 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 un eje óptico convergente dentro de una carcasa termoplástica negra. El principio de funcionamiento fundamental implica que el fototransistor recibe la radiación infrarroja emitida por el IRED en condiciones normales. Cuando un objeto opaco interrumpe la trayectoria óptica entre el emisor y el detector, el fototransistor deja de recibir la señal, permitiendo la detección de objetos o el sensado de posición.

Las características 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 regulaciones ambientales relevantes como RoHS y REACH de la UE.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Absolutas Máximas

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

• Entrada (IRED):La disipación de potencia (Pd) es de 75 mW a una temperatura ambiente libre de 25°C o inferior. El voltaje inverso máximo (VR) es de 5V, y la corriente directa máxima (IF) es de 50 mA.
• Salida (Fototransistor):La disipación de potencia del colector (Pd) es de 75 mW. La corriente de colector máxima (IC) es de 20 mA. El voltaje colector-emisor (BV_CEO) es de 30V, y el voltaje emisor-colector (BV_ECO) es de 5V.
• Ambientales:El rango de temperatura de operación (T_opr) es de -25°C a +85°C. El rango de temperatura de almacenamiento (T_stg) es de -40°C a +85°C. La temperatura de soldadura de los terminales (T_sol) no debe exceder los 260°C durante un máximo de 5 segundos, medida a 3mm del cuerpo del encapsulado.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos parámetros se miden a una temperatura ambiente (T_a) de 25°C y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Entrada (IRED):El voltaje directo típico (V_F) es de 1.2V a una corriente directa (I_F) de 20mA, con un máximo de 1.5V. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 10 µA a V_R=5V. La longitud de onda pico (λ_P) es de 940nm.
• Salida (Fototransistor):La corriente de oscuridad (I_CEO) es un máximo de 100 nA a V_CE=20V con irradiancia cero. El voltaje de saturación colector-emisor (V_CE(sat)) es un máximo de 0.4V cuando la corriente de colector (I_C) es de 2mA bajo una irradiancia (E_e) de 1 mW/cm².
• Características de Transferencia:La corriente de colector mínima (I_C(ON)) es de 0.5 mA cuando V_CE=5V e I_F=20mA. El tiempo de subida típico (t_r) y el tiempo de bajada (t_f) son ambos de 15 µs bajo condiciones de prueba de V_CE=5V, I_C=1mA, y una resistencia de carga (R_L) de 1 kΩ.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona curvas características típicas tanto para el emisor IR como para el fototransistor. Estas curvas son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo bajo diversas condiciones.

3.1 Características del Emisor IR

Las curvas ilustran la relación entre la corriente directa y el voltaje directo, lo cual es crucial para diseñar el circuito de excitación. También muestran la reducción de la disipación de potencia del colector a medida que aumenta la temperatura ambiente, lo que es vital para la gestión térmica. La curva de sensibilidad espectral confirma la emisión pico a 940nm.

3.2 Características del Fototransistor

La curva de sensibilidad espectral para el fototransistor muestra su responsividad a través de diferentes longitudes de onda, con una sensibilidad pico típicamente alineada con la salida de 940nm del emisor IR, asegurando una eficiencia de acoplamiento óptima.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El ITR8402-F-A está alojado en un encapsulado compacto y estándar de la industria. Las dimensiones clave incluyen el tamaño total del cuerpo, el espaciado de los terminales y la posición de la apertura óptica. Todas las dimensiones se especifican en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.3 mm a menos que se indique lo contrario. El espaciado de los terminales se mide en el punto donde emergen del cuerpo del encapsulado.

4.2 Identificación de Polaridad

El componente está diseñado para montaje a través de orificios. La configuración de pines debe observarse cuidadosamente durante el diseño de la PCB y el ensamblaje para garantizar la conexión eléctrica correcta del ánodo y cátodo del IRED y del colector y emisor del fototransistor.

5. Guías de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Formado de Terminales

Si se requiere formar los terminales, debe realizarseantesde la soldadura. La flexión debe ocurrir a una distancia mínima de 3mm desde la base del encapsulado epóxico para evitar daños por tensión. Los terminales deben sujetarse durante la flexión, y el encapsulado en sí no debe tocarse ni someterse a tensión. El corte de los terminales debe realizarse a temperatura ambiente.

5.2 Proceso de Soldadura

La soldadura debe realizarse con cuidado para evitar daños térmicos o mecánicos.

• Soldadura Manual:Temperatura máxima de la punta del soldador de 300°C (para soldadores de 30W máx.). El tiempo de soldadura por terminal no debe exceder los 3 segundos. Mantener una distancia mínima de 3mm desde la unión de soldadura al bulbo epóxico.
• Soldadura por Ola o por Inmersión:Temperatura máxima de precalentamiento de 100°C hasta por 60 segundos. La temperatura del baño de soldadura no debe exceder los 260°C, con un tiempo de permanencia máximo de 5 segundos. La regla de distancia de 3mm desde el bulbo epóxico también aplica.

Se proporciona un perfil de temperatura de soldadura recomendado, enfatizando un calentamiento controlado, una meseta de temperatura pico definida y una fase de enfriamiento controlada. No se recomienda el enfriamiento rápido. La soldadura (por inmersión o manual) no debe realizarse más de una vez. Después de soldar, el dispositivo debe protegerse de golpes mecánicos hasta que vuelva a la temperatura ambiente.

5.3 Limpieza y Almacenamiento

Se prohíbe la limpieza ultrasónica del dispositivo ensamblado, ya que puede causar daños internos. Para el almacenamiento, los dispositivos deben mantenerse a 10-30°C con una humedad relativa del 70% o menos. La vida útil de almacenamiento recomendada en el paquete de envío original es de 3 meses. Para un almacenamiento más prolongado, se recomienda una atmósfera de nitrógeno a 10-25°C y 20-60% de HR. Una vez abierto, los dispositivos deben usarse dentro de las 24 horas, y cualquier componente restante debe resellarse de inmediato.

6. Empaquetado e Información de Pedido

La especificación de empaque estándar es de 90 piezas por tubo, 48 tubos por caja y 4 cajas por cartón. La etiqueta en el empaque incluye campos para Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte (P/N), Cantidad de Empaque (QTY), Categorías (CAT), Referencia (REF) y Número de Lote (LOT No).

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El ITR8402-F-A es muy adecuado para diversas aplicaciones de detección y conmutación sin contacto, incluyendo, entre otras: detección de posición en ratones de computadora y copiadoras, detección de papel en escáneres y unidades de disquete, detección de bordes en impresoras y detección de objetos de propósito general. Su encapsulado para orificios pasantes lo hace adecuado para el montaje directo en placas en una amplia gama de electrónica de consumo e industrial.

7.2 Consideraciones de Diseño

Al diseñar con este interruptor óptico, varios factores son críticos:

• Diseño del Circuito:Una resistencia limitadora de corriente es obligatoria para que el IRED opere dentro de su corriente directa especificada (I_F). La salida del fototransistor típicamente requiere una resistencia de pull-up para definir el nivel lógico alto cuando el haz no está interrumpido.
• Integración Mecánica:Los orificios de la PCB deben alinearse con precisión con los terminales del componente para evitar tensiones de montaje. La ranura entre el emisor y el detector debe mantenerse libre de obstrucciones y contaminación.
• Gestión Térmica:Debe considerarse la disipación de potencia tanto del IRED como del fototransistor, especialmente en entornos de alta temperatura ambiente. Consulte las curvas de reducción de potencia para orientación.
• Inmunidad a la Luz Ambiental:Si bien la longitud de onda de 940nm y la carcasa proporcionan cierta inmunidad, diseñar el sistema para operar en un entorno de luz controlada o usar señales IR moduladas puede mejorar la confiabilidad en condiciones desafiantes.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El ITR8402-F-A ofrece un equilibrio entre velocidad, sensibilidad y tamaño. Su tiempo de respuesta rápido de 15µs lo hace adecuado para aplicaciones que requieren detección rápida, como en codificadores o conteo de alta velocidad. La alta sensibilidad permite un funcionamiento confiable incluso con corrientes de excitación más bajas o en entornos polvorientos. El diseño de eje convergente lado a lado en un encapsulado estándar proporciona una solución rentable para muchas necesidades de detección comunes en comparación con sensores más especializados o reflectivos.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

9.1 ¿Cuál es la distancia o espacio de detección típico?

La hoja de datos no especifica un espacio de detección máximo. Este parámetro depende en gran medida de la corriente aplicada al IRED, la sensibilidad del fototransistor específico, el rango de señal de salida requerido y las características del objeto interrumpente (opacidad, tamaño). Se determina empíricamente para cada aplicación.

9.2 ¿Puedo usar este sensor a la luz del sol?

La luz solar directa contiene radiación infrarroja significativa y puede saturar el fototransistor, causando un funcionamiento poco confiable. Para aplicaciones al aire libre o con alta luz ambiental, se recomienda encarecidamente un blindaje adicional, filtrado óptico o el uso de una señal IR modulada con detección síncrona.

9.3 ¿Por qué se especifica el tiempo de subida/bajada con una carga de 1kΩ?

La velocidad de conmutación de un fototransistor se ve afectada por la constante de tiempo RC formada por su capacitancia de unión y la resistencia de carga. Especificarlo con una carga estándar (1 kΩ) permite una comparación consistente entre dispositivos. Usar una resistencia de carga diferente alterará los tiempos efectivos de subida y bajada.

10. Casos Prácticos de Diseño y Uso

10.1 Caso de Estudio: Detección de Atasco de Papel en una Impresora

En esta aplicación, se colocan múltiples sensores ITR8402-F-A a lo largo de la trayectoria del papel. El haz IR normalmente es interrumpido por la presencia del papel. Se detecta un atasco cuando el haz permanece sin interrumpir (fototransistor ENCENDIDO) por más tiempo del tiempo de tránsito esperado entre dos sensores, o cuando se interrumpe (fototransistor APAGADO) en un sensor donde no debería haber papel. El tiempo de respuesta rápido garantiza una detección oportuna, evitando daños.

10.2 Caso de Estudio: Codificador Rotativo para Control de Velocidad de Motor

Un disco ranurado unido al eje de un motor gira entre el emisor y el detector del ITR8402-F-A. A medida que las ranuras pasan por el haz, generan una salida pulsada del fototransistor. La frecuencia de estos pulsos es directamente proporcional a la velocidad de rotación del motor. El tiempo de respuesta de 15µs permite una medición precisa de la velocidad incluso a altas RPM.

11. Principio de Funcionamiento

Un interruptor óptico, o fotointerruptor, es un componente autónomo que combina una fuente de luz infrarroja y un fotodetector en un solo encapsulado, enfrentados entre sí a través de un espacio físico. El IRED se polariza en directa para emitir luz infrarroja invisible. El fototransistor, colocado opuesto, actúa como un interruptor controlado por luz. Su resistencia colector-emisor es muy alta (está \"APAGADO\") cuando no le llega luz (la corriente de oscuridad es mínima). Cuando la luz IR incide en su región base, se generan pares electrón-hueco, polarizando efectivamente el transistor y permitiendo que fluya una corriente de colector significativa, encendiéndolo (\"ENCENDIDO\"). Un objeto colocado en el espacio bloquea la luz, apagando el fototransistor. Esta señal digital de ENCENDIDO/APAGADO se utiliza para la detección.

12. Tendencias Tecnológicas

La tecnología central de los interruptores ópticos es madura, pero las tendencias se centran en la miniaturización (encapsulados SMD más pequeños), mayor velocidad para aplicaciones de transmisión de datos e integración de circuitos adicionales (como disparadores Schmitt o amplificadores) dentro del encapsulado para proporcionar una señal digital más limpia y mejorar la inmunidad al ruido. También hay una tendencia hacia corrientes de operación más bajas para dispositivos IoT alimentados por baterías. El principio fundamental de detección de luz modulada para rechazar la luz ambiental sigue siendo un área clave de desarrollo para aplicaciones industriales y automotrices robustas.