Hoja de Datos del Fotointerruptor ITR20002 - Carcasa de Visión Lateral - Longitud de Onda 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El ITR20002 es un módulo fotointerruptor infrarrojo compacto de visión lateral. Integra un diodo emisor infrarrojo y un fototransistor de silicio NPN montados uno al lado del otro sobre un eje óptico convergente dentro de una carcasa termoplástica negra. Esta configuración está diseñada para la detección de objetos, sensado de posición y aplicaciones de conmutación sin contacto mediante la interrupción de la trayectoria del haz infrarrojo entre el emisor y el detector.

1.1 Características y Ventajas Principales

• Tiempo de Respuesta Rápido:Permite una detección y conmutación rápida, adecuado para aplicaciones de alta velocidad.
• Alta Sensibilidad:El fototransistor de silicio proporciona una detección de señal fiable desde el emisor IR.
• Longitud de Onda de Corte Específica:Longitud de onda de emisión pico (λp) de 940nm, optimizada para el sensado infrarrojo mientras minimiza la interferencia de la luz visible.
• Cumplimiento Ambiental:El producto está libre de plomo, cumple con las normas RoHS, REACH de la UE y libre de halógenos (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Eje Óptico Convergente:El diseño convergente y en paralelo simplifica la alineación para la detección de objetos en la ranura entre los componentes.

1.2 Aplicaciones Objetivo

El módulo está diseñado para una variedad de tareas de sensado optoelectrónico, incluyendo:

• Mecanismos de ratón y copiadora para detectar movimiento o presencia de papel.
• Unidades de disquete para detectar la inserción del disco o la posición de la pista.
• Conmutación sin contacto de propósito general.
• Montaje directo en placas de circuito impreso (PCB).

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros eléctricos y ópticos clave especificados en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

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

• Entrada (LED IR):
  • Disipación de Potencia (Pd):100 mW a 25°C. Es necesario reducir la potencia a temperaturas ambiente más altas.
  • Voltaje Inverso (VR):5 V. Exceder este valor puede dañar la unión del LED.
  • Corriente Directa (IF):60 mA continua.
  • Corriente Directa Pico (IFP):1 A para pulsos ≤100μs con un ciclo de trabajo del 1%. Esto permite pulsos breves de alta intensidad.
• Salida (Fototransistor):
  • Disipación de Potencia del Colector (Pc):80 mW. Esto limita la combinación de corriente y voltaje del colector.
  • Corriente del Colector (IC):20 mA corriente continua máxima.
  • Voltaje Colector-Emisor (BV_CEO):35 V. El voltaje máximo que se puede aplicar a través del transistor cuando la base está abierta.
  • Voltaje Emisor-Colector (BV_ECO):6 V. El voltaje inverso máximo a través del emisor y el colector.
• 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 5 segundos a 1/16 de pulgada (1.6mm) del cuerpo del encapsulado.

2.2 Características Electro-Ópticas (Ta=25°C)

Estos son los parámetros de operación típicos bajo condiciones de prueba especificadas.

• Características de Entrada (LED IR):
  • Voltaje Directo (V_F):Típicamente de 1.2V a 1.5V a I_F=20mA. Esto es importante para diseñar el circuito de excitación limitador de corriente.
  • Longitud de Onda Pico (λ_P):940nm. Esta es la longitud de onda a la que el LED IR emite la mayor potencia óptica.
• Características de Salida (Fototransistor):
  • Corriente de Oscuridad (I_CEO):Máximo 100 nA a V_CE=20V sin iluminación (E_e=0). Esta es la corriente de fuga que define el nivel de ruido del estado "apagado".
  • Voltaje de Saturación Colector-Emisor (V_CE(sat)):Máximo 0.4V a I_C=0.04mA y I_F=40mA. Un V_CE(sat)bajo es deseable cuando el transistor se usa como interruptor.
  • Corriente del Colector (I_C(ON)):Varía de 0.04mA a 0.9mA a V_CE=5V y I_F=20mA. Este parámetro, la característica de transferencia, define la sensibilidad del acoplador. El amplio rango indica que es un parámetro crítico que puede ser clasificado en lotes.
  • Tiempo de Subida/Bajada (t_r/t_f):Típicamente 20μs y 25μs respectivamente, bajo condiciones de prueba específicas (V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω). Estos valores determinan la frecuencia máxima de conmutación del dispositivo.

3. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas tanto para el emisor IR como para el fototransistor. Aunque los gráficos exactos no se reproducen aquí, se explica su importancia.

3.1 Curvas del Emisor IR

Estas curvas suelen ilustrar la relación entre la corriente directa (I_F) y el voltaje directo (V_F) a diferentes temperaturas, mostrando el coeficiente de temperatura negativo de V_F. También pueden mostrar la intensidad radiante relativa frente a la corriente directa y el patrón de radiación angular, lo cual es crucial para comprender la dispersión del haz en la carcasa de visión lateral.

3.2 Curvas del Fototransistor

Estas curvas son esenciales para el diseño de circuitos. Normalmente incluyen:

• Corriente del Colector vs. Voltaje Colector-Emisor (I_C-V_CE):Familia de curvas para diferentes niveles de irradiancia (o diferentes corrientes del LED IR). Esto muestra las características de salida del transistor y ayuda a determinar la línea de carga.
• Corriente del Colector vs. Irradiancia (o I_F):Esta curva de transferencia cuantifica la sensibilidad, mostrando cuánta corriente de salida se genera para un nivel de luz de entrada dado.
• Corriente de Oscuridad vs. Temperatura:Muestra cómo aumenta la corriente de fuga con la temperatura, lo que puede afectar la relación señal-ruido en entornos de alta temperatura.

4. Información Mecánica y de Carcasa

4.1 Dimensiones de la Carcasa

El ITR20002 viene en una carcasa estándar de visión lateral para montaje pasante. El dibujo dimensional en la hoja de datos proporciona las medidas críticas para el diseño del PCB y la integración mecánica. Las características clave incluyen el espaciado de los terminales, las dimensiones del cuerpo de la carcasa y la ubicación de la apertura óptica. La nota especifica que las tolerancias son de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario en el dibujo dimensionado.

4.2 Identificación de Polaridad

Para carcasas de montaje pasante, la polaridad suele indicarse mediante la forma física de la carcasa (un plano o una muesca) o por la longitud de los terminales. El dibujo de la hoja de datos debe marcar claramente el ánodo y el cátodo del LED IR y el colector y el emisor del fototransistor. La polaridad correcta es esencial para el funcionamiento del dispositivo y para prevenir daños.

5. Guías de Aplicación y Diseño

5.1 Circuito de Aplicación Típico

Una aplicación básica implica excitar el LED IR con una resistencia limitadora de corriente conectada a una fuente de voltaje. El fototransistor se conecta típicamente en una configuración de emisor común: el colector se conecta a un voltaje de alimentación a través de una resistencia de carga (R_L), y el emisor se conecta a tierra. La señal de salida se toma del colector. El valor de R_Lafecta la excursión del voltaje de salida, la velocidad y el consumo de corriente. Una R_Lmás pequeña proporciona una conmutación más rápida pero una excursión de voltaje menor; una R_Lmás grande da una excursión mayor pero una respuesta más lenta.

5.2 Consideraciones de Diseño

• Alineación:El diseño de eje convergente y en paralelo significa que el área de detección sensible está en la ranura entre el emisor y el detector. Se necesita una alineación mecánica precisa de la trayectoria del objeto para un funcionamiento fiable.
• Inmunidad a la Luz Ambiente:Aunque el filtro de 940nm en la carcasa ayuda, fuentes fuertes de IR ambiente (luz solar, bombillas incandescentes) pueden saturar el fototransistor. El uso de una señal IR modulada y detección síncrona puede mejorar enormemente la inmunidad.
• Excitación de Corriente:Opere el LED IR en o por debajo de la I_Frecomendada (por ejemplo, 20mA) para una fiabilidad a largo plazo. Pulsar el LED a una corriente más alta (dentro de los límites de I_FP) puede aumentar el rango de detección o la fuerza de la señal.
• Interfaz de Salida:La salida del fototransistor puede alimentarse directamente a una entrada digital de un microcontrolador (con un pull-up apropiado) o a un comparador para una detección de umbral precisa en aplicaciones analógicas.

6. Información de Embalaje y Pedido

6.1 Especificación de la Etiqueta

La etiqueta del producto contiene varios códigos:

• CPN:Número de Parte del Cliente.
• P/N:Número de Producto del Fabricante (ITR20002).
• QTY:Cantidad en el embalaje.
• CAT / HUE / REF:Estos probablemente se refieren a códigos internos de clasificación para parámetros como intensidad luminosa (CAT), longitud de onda dominante (HUE) y voltaje directo (REF).
• LOT No:Número de lote para trazabilidad.

6.2 Especificación del Embalaje

El embalaje estándar es de 150 piezas por bolsa, 5 bolsas por caja y 10 cajas por cartón. Esta información es vital para la planificación de inventario y la alimentación de la línea de producción.

7. Comparación y Posicionamiento Técnico

El ITR20002 representa una solución clásica y rentable para la detección de objetos. Sus diferenciadores clave son su factor de forma mecánico específico de visión lateral y su eje óptico convergente, diseñados para detectar objetos que pasan por una ranura o espacio específico. En comparación con los sensores reflectivos, ofrece mayor fiabilidad y consistencia ya que depende menos de la reflectividad del objeto objetivo. En comparación con los sensores transmisivos con emisores y detectores opuestos, permite un diseño mecánico más compacto donde el objeto interrumpe el haz dentro de un solo módulo. La longitud de onda de 940nm es un estándar común, ofreciendo un buen equilibrio entre disponibilidad de componentes, coste y rechazo de la luz ambiente.

8. Preguntas Frecuentes (FAQ)

8.1 ¿Cuál es la distancia o ranura de detección típica?

La hoja de datos especifica la condición de prueba de I_C(ON)como "con reflector a 5mm de distancia". Esto sugiere que el dispositivo está optimizado para detección de muy corto alcance, probablemente en el rango de unos pocos milímetros. La ranura utilizable real depende de la corriente de excitación del LED IR, la sensibilidad del circuito receptor y el margen de señal requerido.

8.2 ¿Cómo protejo el dispositivo de transitorios eléctricos?

Para el LED IR, una simple resistencia en serie suele ser suficiente. Para el fototransistor que opera en entornos ruidosos, considere añadir un pequeño condensador (por ejemplo, 1-10nF) entre el colector y el emisor para filtrar el ruido de alta frecuencia, teniendo en cuenta que esto ralentizará el tiempo de respuesta. Para entornos industriales severos, pueden requerirse diodos de sujeción externos adicionales o diodos TVS en las líneas de entrada/salida.

8.3 ¿Puedo usarlo para sensado de velocidad en un disco ranurado giratorio?

Sí, esta es una aplicación común. La frecuencia máxima de conmutación estará limitada por los tiempos de subida/bajada (típicamente ~20-25μs), lo que teóricamente permite frecuencias de hasta aproximadamente 20 kHz. En la práctica, la frecuencia será menor debido a las limitaciones del circuito y del ciclo de trabajo. Asegúrese de que las ranuras y espacios en el disco sean lo suficientemente anchos para permitir que el fototransistor se encienda y apague completamente.

9. Principio de Funcionamiento

El ITR20002 funciona según el principio de interrupción de la luz transmitida. El diodo emisor infrarrojo interno (IRED) está polarizado en directa, lo que hace que emita luz a una longitud de onda pico de 940nm. El fototransistor de silicio NPN, posicionado en un eje convergente, normalmente recibe esta radiación cuando nada obstruye la trayectoria. Los fotones con suficiente energía golpean la región de la base del fototransistor, generando pares electrón-hueco. Esta fotocorriente actúa como una corriente de base, que luego es amplificada por la ganancia de corriente (beta) del transistor, resultando en una corriente de colector mucho mayor. Cuando se coloca un objeto opaco en la ranura entre el emisor y el detector, la trayectoria de la luz se interrumpe. La fotocorriente cesa y el transistor se apaga, haciendo que la corriente del colector caiga a un valor muy bajo (la corriente de oscuridad). Este cambio de encendido/apagado en la corriente del colector proporciona una señal digital que indica la presencia o ausencia de un objeto.

10. Descargo de Responsabilidad y Notas de Fiabilidad

La información proporcionada en este documento técnico se basa en la hoja de datos original. Los descargos de responsabilidad y notas clave del fabricante incluyen:

• Las especificaciones y materiales están sujetos a cambios.
• 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.
• La operación fuera de los Límites Absolutos Máximos puede causar daños permanentes.
• El producto no está destinado a aplicaciones críticas para la seguridad, militares, de aviación, automotrices, médicas o de soporte vital sin autorización expresa.

Es responsabilidad del diseñador validar la idoneidad y el rendimiento del dispositivo en su aplicación específica.