Ficha Técnica del Interruptor Óptico ITR9707 - Dimensiones 7.0x4.0x3.0mm - Tensión Directa 1.2V - Longitud de Onda Pico 940nm - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR9707 es un módulo interruptor óptico compacto, también conocido como fotointerruptor o sensor de ranura. Integra un diodo emisor de infrarrojos (IRED) y un fototransistor de silicio dentro de una única carcasa termoplástica negra. Los componentes están posicionados uno al lado del otro sobre ejes ópticos convergentes. El principio de funcionamiento fundamental se basa en la interrupción de un haz de luz infrarroja. En su estado normal, el fototransistor recibe la radiación emitida por el LED IR colocado junto a él. Cuando un objeto opaco pasa a través de la ranura entre el emisor y el detector, la trayectoria de la luz se bloquea, provocando que la salida del fototransistor cambie de estado. Esto proporciona un método fiable y sin contacto para detectar la presencia, ausencia o posición de un objeto.

1.1 Características y Ventajas Principales

• Tiempo de Respuesta Rápido:Permite la detección de eventos de alta velocidad con tiempos típicos de subida y bajada de 15 microsegundos.
• Alta Sensibilidad:El fototransistor de silicio proporciona una fuerte respuesta eléctrica a la iluminación infrarroja.
• Longitud de Onda Específica:Utiliza un LED IR con una longitud de onda de emisión pico (λp) de 940nm, que está fuera del espectro visible, reduciendo la interferencia de la luz ambiental.
• Cumplimiento Ambiental:El producto no contiene plomo, cumple con la directiva RoHS y se adhiere a las regulaciones REACH de la UE.

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este dispositivo está diseñado para una variedad de aplicaciones de detección y conmutación sin contacto, incluyendo, pero no limitándose a: detección de posición en ratones de ordenador y fotocopiadoras, detección de borde en escáneres y unidades de disquete, conmutación sin contacto de propósito general y montaje directo en placa en diversos ensamblajes electrónicos.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación en Profundidad

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen las condiciones más allá de las cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento bajo estas condiciones.

• Entrada (LED IR):La corriente directa continua máxima (IF) es de 50 mA. La tensión inversa máxima (VR) es de 5 V. La disipación de potencia (Pd) es de 75 mW a una temperatura ambiente libre de 25°C o inferior.
• Salida (Fototransistor):La corriente de colector máxima (IC) es de 20 mA. La tensión de ruptura colector-emisor (BVCEO) es de 30 V. La disipación de potencia (Pd) es de 75 mW.
• Térmico:El rango de temperatura de funcionamiento (Topr) es de -25°C a +85°C. El rango de temperatura de almacenamiento (Tstg) es de -40°C a +85°C.
• Soldadura:La temperatura de soldadura de los terminales (Tsol) no debe exceder los 260°C durante una duración de 5 segundos o menos, medida a 3mm del cuerpo del encapsulado.

2.2 Características Electro-Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos a Ta=25°C, que definen el comportamiento operativo del dispositivo.

• Características de Entrada:La tensión directa (VF) del LED IR es típicamente de 1.2V a una corriente de accionamiento (IF) de 20mA, con un máximo de 1.5V. La corriente inversa (IR) es un máximo de 10 µA a VR=5V.
• Características de Salida:La corriente oscura del colector (ICEO), que es la corriente de fuga sin iluminación, es un máximo de 100 nA a VCE=20V. La tensión de saturación colector-emisor (VCE(sat)) es un máximo de 0.4V cuando el fototransistor se lleva a saturación (IC=2mA, Ee=1mW/cm²).
• Características de Transferencia:Esto define la relación entre entrada y salida. Se garantiza que la corriente de colector en estado de conducción (IC(on)) sea al menos de 0.5mA cuando el LED IR se acciona con IF=20mA y el fototransistor se polariza con VCE=5V. Este parámetro, conocido como relación de transferencia de corriente (CTR), es crucial para diseñar el circuito de interfaz.
• Respuesta Dinámica:Tanto el tiempo de subida (tr) como el de bajada (tf) son típicamente de 15 µs bajo las condiciones de prueba especificadas (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ). Esto determina la frecuencia máxima de conmutación.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

3.1 Características del LED IR

La hoja de datos proporciona curvas típicas para el componente emisor infrarrojo. Lagráfica de Corriente Directa vs. Temperatura Ambientalmuestra cómo la corriente directa máxima permitida se reduce a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de los 25°C, lo cual es crítico para la gestión térmica. Lacurva de Corriente Directa vs. Tensión Directailustra la característica IV del diodo, esencial para seleccionar la resistencia limitadora de corriente. Elgráfico de Sensibilidad Espectralconfirma la emisión pico a 940nm y el ancho de la banda de emisión.

3.2 Características del Fototransistor

Lacurva de Sensibilidad Espectralpara el fototransistor muestra su responsividad a través de diferentes longitudes de onda. Alcanza su pico en la región del infrarrojo cercano, coincidiendo estrechamente con la salida de 940nm del LED IR emparejado. Esta coincidencia espectral maximiza la sensibilidad y minimiza la respuesta a fuentes de luz ambiental no deseadas.

4. Información Mecánica y del Encapsulado

4.1 Dimensiones del Encapsulado

El ITR9707 está alojado en un encapsulado estándar y compacto. Las dimensiones clave incluyen un ancho total del cuerpo de aproximadamente 7.0mm, una altura de 4.0mm y una profundidad de 3.0mm. El ancho de la ranura, que determina el tamaño del objeto que puede detectarse, es una dimensión crítica. El espaciado de los terminales está estandarizado para el montaje en PCB de orificio pasante. Todas las tolerancias dimensionales son típicamente de ±0.3mm a menos que se especifique lo contrario.

4.2 Identificación de Polaridad y Montaje

El componente tiene una asignación de pines estándar donde el ánodo y el cátodo del LED IR están en un lado, y el emisor y el colector del fototransistor están en el otro. La carcasa negra y las longitudes específicas de los terminales o las marcas del encapsulado suelen indicar la orientación. Debe observarse la polaridad correcta durante el diseño de la PCB y el ensamblaje.

5. Guías de Soldadura y Ensamblaje

5.1 Precauciones para el Formado de Terminales

Si los terminales necesitan doblarse para el montaje, debe hacerseantesde soldar. El doblado debe realizarse no más cerca de 3mm de la base del cuerpo del encapsulado de epoxi para evitar transmitir tensión que pueda agrietar la carcasa o dañar el chip interno. Los terminales deben sujetarse durante el doblado, y la operación debe realizarse a temperatura ambiente.

5.2 Parámetros de Soldadura Recomendados

• Soldadura Manual:La temperatura de la punta del soldador no debe exceder los 300°C (para un soldador de 30W máximo). El tiempo de soldadura por terminal debe ser de 3 segundos o menos. La unión soldada debe estar al menos a 3mm de distancia de la ampolla de epoxi.
• Soldadura por Ola/Inmersión:La temperatura de precalentamiento debe ser de 100°C máximo durante hasta 60 segundos. La temperatura del baño de soldadura no debe exceder los 260°C, con un tiempo de permanencia en la ola de 5 segundos o menos. Nuevamente, mantenga una distancia mínima de 3mm del encapsulado.

Se recomienda un perfil de temperatura de soldadura, enfatizando una rampa de subida controlada, una meseta de temperatura pico y un enfriamiento controlado para prevenir choques térmicos.

5.3 Manipulación Posterior a la Soldadura

Evite aplicar tensión mecánica o vibración al dispositivo mientras aún está caliente por la soldadura. Permita que se enfríe naturalmente a temperatura ambiente. La soldadura por inmersión o manual no debe repetirse más de una vez. No se recomienda la limpieza ultrasónica para este dispositivo.

6. Almacenamiento y Manipulación

Para almacenamiento a largo plazo que exceda la vida útil estándar de 3 meses desde el envío, los dispositivos deben guardarse en un contenedor sellado con atmósfera de nitrógeno a 10°C~25°C y 20%~60% de humedad relativa. Después de abrir el embalaje sensible a la humedad, los componentes deben usarse dentro de las 24 horas o lo antes posible. Deben evitarse los cambios rápidos de temperatura en entornos de alta humedad para prevenir la condensación, que puede provocar corrosión u otros daños durante la soldadura posterior.

7. Embalaje e Información de Pedido

La configuración de embalaje estándar es de 78 piezas por tubo. Cuarenta y dos tubos se empaquetan en una caja, y cuatro cajas se empaquetan en un cartón maestro. La etiqueta en el embalaje incluye campos para el Número de Parte del Cliente (CPN), Número de Parte del Fabricante (P/N), cantidad (QTY), designadores de referencia (REF) y Número de Lote (LOT No) para trazabilidad.

8. Consideraciones de Diseño para la Aplicación

8.1 Configuración de Circuito Típica

Un circuito de aplicación típico involucra una resistencia limitadora de corriente en serie con el ánodo del LED IR. El valor se calcula en base a la tensión de alimentación (Vcc), la tensión directa del LED (VF ~1.2V) y la corriente directa deseada (IF, ej., 20mA). El fototransistor se usa comúnmente en modo conmutador, conectado como un dispositivo de pull-down con su colector a Vcc (a través de una resistencia de pull-up si es necesario) y su emisor a tierra. La tensión en el nodo del colector será baja cuando el haz no esté interrumpido (transistor ENCENDIDO) y alta cuando el haz esté bloqueado (transistor APAGADO).

8.2 Factores de Diseño

• Detección de Objetos:El dispositivo detecta objetos opacos que interrumpen completamente el haz infrarrojo dentro de la ranura. Los materiales reflectantes o translúcidos pueden no provocar un cambio de estado fiable.
• Inmunidad a la Luz Ambiental:La longitud de onda de 940nm y la respuesta espectral emparejada ofrecen un buen rechazo a la luz ambiental visible común. Sin embargo, fuentes fuertes de luz infrarroja (ej., luz solar, bombillas incandescentes) pueden causar interferencia y pueden requerir blindaje óptico o técnicas de modulación/demodulación para aplicaciones críticas.
• Velocidad de Respuesta:El tiempo de respuesta de 15 µs permite la detección de objetos que se mueven a velocidades relativamente altas, adecuado para codificadores y sensores de velocidad.
• Alineación:La óptica convergente integrada simplifica la alineación, pero la PCB debe diseñarse de modo que los terminales se inserten sin tensión, y la ranura debe permanecer despejada.

9. Comparación y Posicionamiento Técnico

El ITR9707 representa una solución estándar y rentable para montaje de orificio pasante. Sus diferenciadores clave son su longitud de onda específica de 940nm, que es un estándar común de la industria, y su construcción robusta. En comparación con los sensores reflectantes, los interruptores proporcionan una detección más fiable y consistente, ya que son menos susceptibles a variaciones en la reflectividad de la superficie del objetivo. En comparación con los dispositivos modernos de montaje superficial, el encapsulado de orificio pasante ofrece robustez mecánica en aplicaciones sujetas a vibración o donde se utiliza ensamblaje manual.

10. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la distancia o ranura de funcionamiento típica?

R: La "ranura" de funcionamiento es la ranura física dentro del propio encapsulado. El dispositivo detecta cualquier objeto opaco que entre y bloquee esta ranura interna. No se utiliza para detectar objetos a distancia fuera del encapsulado.

P: ¿Puedo alimentar el LED IR directamente con una fuente de tensión?

R: No. Un LED es un dispositivo accionado por corriente. Una resistencia limitadora de corriente en serie es obligatoria para evitar una corriente excesiva que destruiría el LED, incluso si la tensión de alimentación parece baja.

P: ¿Cómo interpreto el valor mínimo de IC(on) de 0.5mA?

R: Esta es la corriente de salida mínima garantizada cuando la entrada se acciona bajo condiciones de prueba estándar (IF=20mA, VCE=5V). Su diseño de circuito debe funcionar correctamente incluso si el dispositivo real está en esta especificación mínima, asegurando robustez frente a variaciones de producción.

P: ¿Es este sensor inmune a la luz solar?

R: Si bien el filtro de 940nm ayuda, la luz solar directa contiene una cantidad significativa de radiación infrarroja y puede saturar el sensor. Para uso en exteriores o en entornos interiores muy brillantes, se recomienda blindaje óptico adicional o filtrado electrónico (ej., luz modulada).

11. Ejemplos Prácticos de Aplicación

Ejemplo 1: Detección de Atasco de Papel en una Impresora.El interruptor se monta de modo que una lengüeta de papel o el propio papel pase a través de su ranura. Cuando hay papel, el haz se bloquea y el fototransistor está apagado. Un atasco de papel o una condición de falta de papel (sin bloqueo) hace que el transistor se encienda, señalando al microcontrolador.

Ejemplo 2: Codificador Rotativo para Velocidad de Motor.Un disco ranurado unido al eje de un motor gira entre los brazos del interruptor. A medida que cada ranura pasa, el haz se interrumpe y se permite que pase alternativamente, generando un tren de pulsos de onda cuadrada. La frecuencia de esta señal es directamente proporcional a la velocidad de rotación del motor.

12. Principio de Funcionamiento

El ITR9707 opera bajo el principio de interrupción de luz transmitida. Un haz de luz infrarroja es generado por el LED de GaAlAs. Este haz viaja a través de un pequeño espacio de aire dentro de la carcasa del dispositivo y se enfoca en el área sensible del fototransistor NPN de silicio. El fototransistor actúa como una fuente de corriente; los fotones incidentes generan pares electrón-hueco en su región base, induciendo una corriente base que luego es amplificada por la ganancia del transistor, resultando en una corriente de colector mucho mayor. Cuando un objeto bloquea el haz, el flujo de fotones cae a cero, la corriente base cesa y la corriente de colector cae a su nivel muy bajo de corriente oscura. Este cambio brusco en la corriente de salida se utiliza como una señal digital que indica la presencia del objeto.

13. Tendencias Tecnológicas

Los interruptores ópticos siguen siendo componentes fundamentales en la detección de posición y movimiento. Las tendencias actuales incluyen el desarrollo de versiones de dispositivo de montaje superficial (SMD) para ensamblaje automatizado, que ofrecen huellas más pequeñas y perfiles más bajos. También hay un movimiento hacia la integración de circuitos adicionales en el chip, como disparadores Schmitt para salida digital con histéresis, amplificadores para salida analógica, o incluso lógica de codificador completa. Además, los avances en materiales de encapsulado apuntan a mejorar el rendimiento térmico y la resistencia a los procesos de lavado de placas. Sin embargo, el principio fundamental de interrupción óptica continúa siendo valorado por su simplicidad, fiabilidad y naturaleza sin contacto.