دیتاشیت قطعه اپتو اینتراپتر ITR20001/T - بسته‌بندی 4.0x4.0x2.5mm - ولتاژ مستقیم 1.2V - طول موج پیک 940nm - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ITR20001/T یک ماژول اپتو اینتراپتر بازتابی است که برای کاربردهای حسگری بدون تماس طراحی شده است. این قطعه یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز و یک فوتوترانزیستور سیلیکونی NPN را درون یک پکیج فشرده و یکپارچه از جنس ترموپلاستیک سیاه ادغام کرده است. اجزا به صورت کنار هم بر روی محورهای نوری همگرا قرار گرفته‌اند. در حالت عادی، فوتوترانزیستور تابشی از فرستنده دریافت نمی‌کند. هنگامی که یک شیء بازتابنده وارد شکاف حسگری می‌شود، نور مادون قرمز ساطع شده از فرستنده از روی شیء بازتابیده شده و توسط فوتوترانزیستور تشخیص داده می‌شود که باعث تغییر در حالت خروجی آن می‌گردد. این اصل، تشخیص قابل اطمینان شیء و حسگری موقعیت را ممکن می‌سازد.

. Key Features and Compliance

این قطعه چندین مزیت برای طراحی الکترونیکی ارائه می‌دهد:

• زمان پاسخ سریع:امکان تشخیص سریع را برای کاربردهای پرسرعت فراهم می‌کند.
• حساسیت بالا:فوتوترانزیستور نسبت به تابش ورودی، سیگنال خروجی قوی‌ای ارائه می‌دهد.
• کارکرد در طیف مادون قرمز:دارای طول موج تابش پیک (λp) برابر با 940 نانومتر است که برای چشم انسان نامرئی بوده و تداخل نور محیط را کاهش می‌دهد.
• مطابقت زیست‌محیطی:این محصول بدون سرب، مطابق با مقررات RoHS و REACH اتحادیه اروپا بوده و فاقد هالوژن است (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. انتخاب قطعه و ساختار

این ماژول با مواد خاصی برای عملکرد بهینه ساخته شده است:

• فرستنده مادون قرمز (IR):از یک چیپ GaAlAs (گالیوم آلومینیوم آرسناید) استفاده می‌کند که پشت یک لنز شفاف آبی برای انتقال کارآمد مادون قرمز قرار دارد.
• فوتوترانزیستور (PT):از یک چیپ سیلیکونی استفاده می‌کند که پشت یک لنز سیاه برای فیلتر کردن نور مرئی و بهبود نسبت سیگنال به نویز قرار دارد.

پوسته سیاه، بازتاب‌های داخلی نور (کراس‌تاک) بین فرستنده و گیرنده را در صورت عدم حضور شیء به حداقل می‌رساند و حالت خاموش قابل اطمینانی را تضمین می‌کند.

4. محدوده‌های مطلق مجاز

کارکرد قطعه فراتر از این محدوده‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. تمامی محدوده‌ها در دمای محیط (Ta) برابر با 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

4.1 محدوده‌های ورودی (فرستنده مادون قرمز)

• توان تلف شده (Pd):75 میلی‌وات
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت
• جریان مستقیم پیوسته (IF):50 میلی‌آمپر
• جریان مستقیم پیک (IFP):1 آمپر (عرض پالس ≤100μs, چرخه کاری=1%)

4.2 محدوده‌های خروجی (فوتوترانزیستور)

• توان تلف شده کلکتور (Pd):75 میلی‌وات
• جریان کلکتور (IC):20 میلی‌آمپر
• ولتاژ کلکتور-امیتر (BV_CEO):30 ولت
• ولتاژ امیتر-کلکتور (BV_ECO):5 ولت

4.3 محدوده‌های عمومی

• دمای کارکرد (T_opr):40- تا 85+ درجه سلسیوس
• دمای نگهداری (T_stg):40- تا 85+ درجه سلسیوس
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها (T_sol):260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه (اندازه‌گیری در فاصله 1/16 اینچ از بدنه پکیج).

5. مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها عملکرد الکتریکی و نوری را تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ta=25°C) تعریف می‌کنند.

5.1 مشخصات فرستنده مادون قرمز (ورودی)

• ولتاژ مستقیم (V_F):1.2 ولت (مقدار معمول) در I_F= 20mA. حداکثر مقدار 1.5V است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10 μA در V_R= 5V.
• طول موج پیک (λ_P):940 نانومتر (مقدار معمول) در I_F= 20mA.

5.2 مشخصات فوتوترانزیستور (خروجی)

• جریان تاریکی (I_CEO):حداکثر 100 nA در V_CE= 5V و تابندگی صفر (E_e=0). این جریان نشتی هنگامی است که سنسور خاموش است.
• ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(sat)):حداکثر 0.4 V در I_C= 2mA و تابندگی 1 mW/cm². مقدار پایین V_CE(sat)برای کاربردهای سوئیچینگ مطلوب است.
• جریان کلکتور (نسبت انتقال):
  • I_C(ON): حداقل 200 μA در V_CE= 5V و I_F= 20mA. این جریان هنگامی است که یک شیء تشخیص داده می‌شود.
  • I_C(OFF): حداکثر 2 μA تحت شرایط یکسان، که نشان‌دهنده جریان باقیمانده در صورت عدم حضور شیء است.
• سرعت سوئیچینگ:
  • زمان صعود (t_r): 25 μs (مقدار معمول)
  • زمان افت (t_f): 25 μs (مقدار معمول) اندازه‌گیری شده با V_CE=5V, I_C=100μA, و R_L=100Ω.

6. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت داده‌های گرافیکی را ارائه می‌دهد که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

6.1 منحنی‌های فرستنده مادون قرمز

• جریان مستقیم در مقابل دمای محیط:کاهش جریان مستقیم مجاز حداکثر را با افزایش دما نشان می‌دهد.
• حساسیت طیفی:باند تابش باریک حول 940nm را تأیید می‌کند.
• طول موج تابش پیک در مقابل دما:تغییر جزئی طول موج پیک را با تغییر دما نشان می‌دهد.
• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی IV):رابطه‌ای برای محاسبه مقادیر مقاومت سری فراهم می‌کند.
• شدت تابشی در مقابل جریان مستقیم:توان خروجی نوری را به عنوان تابعی از جریان راه‌اندازی نشان می‌دهد.
• شدت تابشی نسبی در مقابل جابجایی زاویه‌ای:الگوی تابش (پروفایل پرتو) LED مادون قرمز را به تصویر می‌کشد.

6.2 منحنی‌های فوتوترانزیستور

• توان تلف شده کلکتور در مقابل دمای محیط:دستورالعمل‌های کاهش توان مجاز فوتوترانزیستور را ارائه می‌دهد.
• حساسیت طیفی:پاسخ‌دهی فوتوترانزیستور را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد که در ناحیه مادون قرمز به اوج می‌رسد تا با فرستنده مطابقت داشته باشد.
• جریان کلکتور نسبی در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که حساسیت فوتوترانزیستور چگونه با دما تغییر می‌کند.
• جریان کلکتور در مقابل تابندگی:یک نمودار کلیدی که رابطه خطی بین توان نور تابیده و جریان خروجی را نشان می‌دهد و مشخصه انتقال قطعه را تعریف می‌کند.
• جریان تاریکی کلکتور در مقابل دمای محیط:نشان می‌دهد که جریان نشتی چگونه با دما افزایش می‌یابد، که برای کارکرد در دمای بالا مهم است.
• جریان کلکتور در مقابل ولتاژ کلکتور-امیتر:منحنی‌های مشخصه خروجی که عملکرد فوتوترانزیستور را در ناحیه فعال و اشباع تحت سطوح تابندگی مختلف نشان می‌دهد.

7. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

ITR20001/T در یک پکیج فشرده و سازگار با نصب سطحی قرار دارد.

7.1 ابعاد بسته

ابعاد کلیدی از نقشه ارائه شده تقریباً 4.0 میلی‌متر طول، 4.0 میلی‌متر عرض و 2.5 میلی‌متر ارتفاع (به جز پایه‌ها) است. فاصله پایه‌ها برای نصب استاندارد روی PCB طراحی شده است. یک نکته حیاتی، حداقل ناحیه 10.0 میلی‌متری تبخیر آلومینیوم را مشخص می‌کند که احتمالاً به یک ناحیه ممنوعه توصیه شده یا ویژگی اتلاف حرارت روی PCB اشاره دارد. تلرانس تمام ابعاد نامشخص ±0.25mm است.

7.2 شناسایی قطب‌ها

پکیج شامل نشانه‌ها یا شکل خاصی برای شناسایی آند و کاتد فرستنده IR و کلکتور و امیتر فوتوترانزیستور است. طراحان باید برای اطلاعات دقیق پین‌اوت به نقشه ابعادی مراجعه کنند تا از چیدمان و مونتاژ صحیح PCB اطمینان حاصل شود.

8. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

این قطعه برای لحیم‌کاری پایه‌ها در دمای 260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه درجه‌بندی شده است، که در فاصله 1/16 اینچ (تقریباً 1.6mm) از بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود. این با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری رفلو مادون قرمز (IR) یا جابجایی با استفاده از خمیر لحیم بدون سرب (Sn-Ag-Cu) سازگار است. باید دقت شود که پروفایل رفلو توصیه شده رعایت شود تا از شوک حرارتی یا آسیب به پوسته پلاستیکی جلوگیری شود. قطعه باید قبل از استفاده در یک محیط خشک و کنترل شده نگهداری شود.

9. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

مشخصات بسته‌بندی استاندارد به شرح زیر است:

• 200 عدد در هر کیسه.
• 6 کیسه در هر جعبه.
• 10 جعبه در هر کارتن.

برچسب محصول شامل فیلدهایی برای شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره قطعه سازنده (P/N)، تعداد (QTY) و کدهای رتبه‌بندی مختلف برای شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) است. یک شماره سریال و کد تاریخ (شناسایی شده با 'X' برای ماه) نیز برای ردیابی ارائه شده است.

10. پیشنهادات کاربردی

10.1 سناریوهای کاربردی متداول

ITR20001/T برای انواع کاربردهای حسگری و سوئیچینگ بدون تماس مناسب است، از جمله:

• مکانیزم‌های ماوس و دستگاه کپی:تشخیص چرخش چرخ یا دیسک انکودر.
• سیستم‌های سوئیچ و اسکنر:تشخیص حضور شیء برای درهای اتوماتیک، دستگاه‌های فروش خودکار یا تشخیص کاغذ در پرینترها.
• درایوهای فلاپی دیسک:در گذشته برای تشخیص برچسب محافظت در برابر نوشتن یا ورود دیسک استفاده می‌شد.
• سوئیچینگ بدون تماس عمومی:هر کاربرد نیازمند تشخیص شیء، شمارش یا حسگری محدودیت بدون تماس فیزیکی.
• نصب مستقیم روی برد:پکیج SMD فشرده آن، آن را برای طراحی‌های PCB با محدودیت فضا ایده‌آل می‌سازد.

10.2 ملاحظات طراحی

• مقاومت محدودکننده جریان:باید از یک مقاومت سری با فرستنده IR استفاده شود تا جریان مستقیم (I_F) را به یک مقدار ایمن محدود کند، که معمولاً برای کارکرد عادی 20mA است. با استفاده از رابطه R = (V_CC- V_F) / I_F.
• محاسبه کنید. مقاومت بار:معمولاً یک مقاومت pull-up بین کلکتور فوتوترانزیستور و ولتاژ تغذیه (V_CC) متصل می‌شود. مقدار این مقاومت (R_L) دامنه نوسان ولتاژ خروجی و سرعت سوئیچینگ را تعیین می‌کند. یک R_Lکوچکتر، سوئیچینگ سریع‌تر اما تغییر ولتاژ خروجی کمتری را فراهم می‌کند.
• نور محیط:اگرچه لنز سیاه و فیلتر 940nm تداخل را کاهش می‌دهند، منابع قوی مادون قرمز محیطی (مانند نور خورشید، لامپ‌های رشته‌ای) ممکن است بر عملکرد تأثیر بگذارند. در محیط‌های خشن ممکن است نیاز به محافظ یا فیلتر نوری باشد.
• سطح بازتابنده:فاصله حسگری و قابلیت اطمینان به بازتابندگی شیء هدف بستگی دارد. سطوح سفید یا فلزی بهترین پاسخ را ارائه می‌دهند؛ سطوح تیره یا مات ممکن است نیاز به کاهش فاصله شکاف داشته باشند.
• هم‌راستایی:محورهای نوری همگرا، یک شکاف حسگری خاص را تعریف می‌کنند. شیء باید از درون این شکاف عبور کند تا تشخیص قابل اطمینان صورت گیرد.

11. مقایسه فنی و مزایا

در مقایسه با سوئیچ‌های مکانیکی یا سایر سنسورهای نوری، ITR20001/T مزایای متمایزی ارائه می‌دهد:

• در مقابل سوئیچ‌های مکانیکی:عملکرد بدون تماس را فراهم می‌کند، سایش و پارگی را حذف می‌کند، امکان سرعت سوئیچینگ بالاتر را می‌دهد و عملکرد بی‌صدا ارائه می‌دهد. در برابر نوسان تماس ایمن است.
• در مقابل سنسورهای مبتنی بر فوتودیود:فوتوترانزیستور یکپارچه، بهره جریان ارائه می‌دهد که منجر به جریان خروجی بالاتر برای یک نور ورودی معین می‌شود و اغلب نیاز به مرحله تقویت کننده اضافی در مدارهای تشخیص ساده روشن/خاموش را حذف می‌کند.
• در مقابل جفت‌های فرستنده-گیرنده مجزا:ماژول از پیش هم‌راستا شده و پکیج شده، طراحی و مونتاژ را ساده می‌کند، هم‌راستایی نوری یکنواخت را تضمین می‌کند و فضای برد را ذخیره می‌کند. پوسته سیاه یکپارچه، کراس‌تاک داخلی را به حداقل می‌رساند.

12. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: فاصله حسگری معمول چقدر است؟

ج: فاصله حسگری یک پارامتر ثابت نیست؛ به جریان راه‌اندازی فرستنده IR، بازتابندگی شیء هدف و جریان خروجی مورد نیاز از فوتوترانزیستور بستگی دارد. طراحان باید از نمودار "جریان کلکتور در مقابل تابندگی" و نمودار "شدت تابشی در مقابل جریان مستقیم" برای محاسبه سیگنال مورد انتظار برای یک شکاف و بازتابندگی خاص استفاده کنند.

س: آیا می‌توانم فرستنده IR را مستقیماً با یک منبع ولتاژ راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. فرستنده IR یک دیود است و باید جریان آن توسط یک مقاومت سری خارجی محدود شود تا از آسیب ناشی از جریان بیش از حد جلوگیری شود، همانطور که در محدوده‌های مطلق مجاز مشخص شده است (I_Fmax = 50mA).

س: چگونه خروجی را به یک میکروکنترلر متصل کنم؟

ج: ساده‌ترین روش استفاده از فوتوترانزیستور به عنوان یک سوئیچ است. یک مقاومت pull-up (مثلاً 10kΩ) را از کلکتور به ولتاژ منطقی میکروکنترلر (مثلاً 3.3V یا 5V) وصل کنید. امیتر را به زمین متصل کنید. نود کلکتور هنگامی که هیچ شیئی تشخیص داده نمی‌شود (تاریک) به سطح بالا (منطق 1) کشیده می‌شود و هنگامی که یک شیء نور را به فوتوترانزیستور بازتاب می‌دهد و آن را روشن می‌کند، به سطح پایین (منطق 0) کشیده می‌شود.

س: چرا زمان پاسخ با یک مقاومت بار 100Ω مشخص شده است؟

ج: سرعت سوئیچینگ تحت تأثیر ثابت زمانی RC تشکیل شده توسط خازن پیوندی فوتوترانزیستور و مقاومت بار (R_L) قرار دارد. یک R_Lکوچکتر (مانند 100Ω) یک ثابت زمانی سریع‌تر می‌دهد و امکان اندازه‌گیری سرعت ذاتی قطعه را فراهم می‌کند. در یک کاربرد واقعی با R_Lبزرگتر برای دامنه نوسان ولتاژ بالاتر، سرعت سوئیچینگ کندتر خواهد بود.

13. اصل عملکرد

ITR20001/T بر اساس اصل بازتاب نور مدوله شده عمل می‌کند. LED مادون قرمز داخلی در طول موج 940nm نور ساطع می‌کند. فوتوترانزیستور که به این طول موج حساس است، به گونه‌ای قرار گرفته که در شرایط عادی (عدم حضور شیء) مستقیماً "پرتو" نور LED را "نمی‌بیند". خروجی آن در حالت امپدانس بالا/جریان پایین (جریان تاریکی) باقی می‌ماند. هنگامی که یک شیء بازتابنده وارد شکاف از پیش تعریف شده بین فرستنده و گیرنده می‌شود، بخشی از نور مادون قرمز را بر روی ناحیه فعال فوتوترانزیستور بازتاب می‌دهد. این نور تابیده شده، جریان بیس در فوتوترانزیستور ایجاد می‌کند و باعث می‌شود که روشن شده و یک جریان کلکتور به مراتب بالاتر (I_C(ON)) را هدایت کند. این تغییر در جریان/ولتاژ در پایه‌های خروجی توسط مدار خارجی تشخیص داده می‌شود و حضور شیء را سیگنال می‌دهد.

14. سلب مسئولیت و نکات استفاده

سلب مسئولیت‌های حیاتی دیتاشیت باید رعایت شوند:

• سازنده حق تنظیم مواد محصول را برای خود محفوظ می‌دارد.
• محصول به مدت 12 ماه از تاریخ حمل، با مشخصات منتشر شده مطابقت دارد.
• نمودارها و مقادیر معمول فقط برای مرجع هستند و تضمین نمی‌شوند.
• نباید از محدوده‌های مطلق مجاز فراتر رفت. سازنده هیچ مسئولیتی در قبال آسیب ناشی از استفاده نادرست نمی‌پذیرد.
• این محصول بدون مشاوره و تأیید قبلی، برای استفاده در کاربردهای حیاتی ایمنی، نظامی، هوایی، خودرویی، پزشکی یا حیات‌بخش در نظر گرفته نشده است.