دیتاشیت سنسور نوری ITR9606-F - بسته‌بندی 4.0x3.2x2.5mm - ولتاژ مستقیم 1.2V - طول موج اوج 940nm - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ITR9606-F یک ماژول سنسور نوری شکافی بازتابی فشرده و کنارهم است. این قطعه یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IRED) و یک ترانزیستور نوری سیلیکونی را درون یک محفظه پلاستیکی سیاه ترمومکانیکی یکپارچه می‌کند. اجزا بر روی محورهای نوری همگرا تراز شده‌اند. اصل عملکرد اساسی شامل تشخیص تابش ساطع شده توسط IRED توسط ترانزیستور نوری است. هنگامی که یک جسم مات مسیر نور بین فرستنده و گیرنده را قطع می‌کند، وضعیت خروجی ترانزیستور نوری تغییر می‌کند که امکان عملکرد حس‌گری و سوئیچینگ بدون تماس را فراهم می‌آورد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

• زمان پاسخ سریع:امکان تشخیص با سرعت بالا را برای کاربردهایی مانند انکودرها و سنسورهای سرعت فراهم می‌کند.
• حساسیت بالا:ترانزیستور نوری سیلیکونی حتی با شدت کم مادون قرمز نیز تشخیص سیگنال قابل اطمینانی ارائه می‌دهد.
• طول موج خاص:دارای طول موج تابش اوج (λp) 940 نانومتر است که در طیف نزدیک مادون قرمز قرار دارد و تداخل از نور محیطی مرئی را به حداقل می‌رساند.
• انطباق محیطی:این محصول بدون سرب، مطابق با دستورالعمل RoHS و منطبق بر مقررات REACH اتحادیه اروپا است.
• طراحی فشرده:بسته‌بندی یکپارچه کنارهم راه‌حلی صرفه‌جویانه در فضا برای نصب روی PCB ارائه می‌دهد.

1.2 کاربردهای هدف

این سنسور نوری شکافی برای انواع کاربردهای حس‌گری بدون تماس و تشخیص موقعیت طراحی شده است، از جمله اما نه محدود به:

• حس‌گری موقعیت در ماوس کامپیوتر و دستگاه‌های کپی.
• تشخیص کاغذ و حس‌گری لبه در اسکنرها و پرینترها.
• تشخیص حضور دیسک در درایوهای فلاپی دیسک و سایر درایوهای رسانه‌ای.
• سوئیچینگ بدون تماس عمومی.
• نصب مستقیم روی برد در الکترونیک مصرفی و کنترل‌های صنعتی.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از مشخصات الکتریکی و نوری دستگاه را ارائه می‌دهد.

2.1 مشخصات حداکثر مطلق

این مشخصات محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• ورودی (IRED):
  • اتلاف توان (Pd): 75 میلی‌وات (در دمای 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر). در دمای محیطی بالاتر نیاز به کاهش رتبه دارد.
  • ولتاژ معکوس (VR): 5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند به پیوند LED آسیب برساند.
  • جریان مستقیم (IF): 50 میلی‌آمپر. جریان DC پیوسته معمولاً باید به 20 میلی‌آمپر محدود شود تا عملکرد بلندمدت قابل اطمینان باشد.
• خروجی (ترانزیستور نوری):
  • اتلاف توان کلکتور (Pd): 75 میلی‌وات.
  • جریان کلکتور (IC): 20 میلی‌آمپر.
  • ولتاژ کلکتور-امیتر (BV_CEO): 30 ولت.
  • ولتاژ امیتر-کلکتور (BV_ECO): 5 ولت.
• محدودیت‌های حرارتی:
  • دمای عملیاتی (T_opr): 25- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
  • دمای نگهداری (T_stg): 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
  • دمای لحیم‌کاری پایه (T_sol): 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 3 میلی‌متری از بدنه بسته‌بندی.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

اندازه‌گیری شده در T_a= 25 درجه سانتی‌گراد، این پارامترها عملکرد معمول دستگاه تحت شرایط عملیاتی نرمال را تعریف می‌کنند.

• ویژگی‌های ورودی (IRED):
  • ولتاژ مستقیم (V_F): معمولاً 1.2 ولت، با حداکثر 1.5 ولت در I_F=20 میلی‌آمپر. این برای طراحی مدار محدودکننده جریان LED حیاتی است.
  • جریان معکوس (I_R): حداکثر 10 میکروآمپر در V_R=5 ولت.
  • طول موج اوج (λ_P): 940 نانومتر. این طول موج مادون قرمز برای چشم انسان نامرئی است و به کاهش نویز نوری کمک می‌کند.
• ویژگی‌های خروجی (ترانزیستور نوری):
  • جریان تاریک (I_CEO): حداکثر 100 نانوآمپر در V_CE=20 ولت با روشنایی صفر (E_e=0). این جریان نشتی زمانی است که سنسور مسدود شده است.
  • ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(sat)): حداکثر 0.4 ولت در I_C=2 میلی‌آمپر و تابش 1 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع. V_CE(sat)پایین‌تر برای کاربردهای سوئیچینگ دیجیتال بهتر است.
  • جریان کلکتور (I_C(ON)): از حداقل 0.5 میلی‌آمپر تا حداکثر 10 میلی‌آمپر در V_CE=5 ولت و I_F=20 میلی‌آمپر متغیر است. این محدوده وسیع نشان‌دهنده تغییرات بالقوه واحد به واحد در حساسیت است.
• پاسخ دینامیکی:
  • زمان صعود (t_r) و زمان افت (t_f): هر کدام معمولاً 15 میکروثانیه تحت شرایط تست مشخص شده (V_CE=5 ولت، I_C=1 میلی‌آمپر، R_L=1 کیلواهم). این حداکثر قابلیت فرکانس سوئیچینگ را تعریف می‌کند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

داده‌های گرافیکی بینش عمیق‌تری از رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

3.1 ویژگی‌های فرستنده مادون قرمز

دیتاشیت شامل منحنی‌های معمول برای جزء فرستنده مادون قرمز است.

• جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I_F-V_F):این منحنی نمایی برای یک دیود استاندارد است. در نقطه عملیاتی معمول I_F=20 میلی‌آمپر، V_Fتقریباً 1.2 ولت است. این منحنی به تحلیل مدیریت حرارتی کمک می‌کند، زیرا V_Fدارای ضریب دمایی منفی است.
• توزیع طیفی:تابش اوج در 940 نانومتر را با عرض نیم‌حداکثر (FWHM) معمول برای یک LED از جنس GaAlAs تأیید می‌کند که حداقل تابش در طیف مرئی را نشان می‌دهد.

3.2 ویژگی‌های ترانزیستور نوری

• حساسیت طیفی:ترانزیستور نوری سیلیکونی حساسیت اوج در ناحیه نزدیک مادون قرمز دارد که به خوبی با تابش 940 نانومتری IRED جفت شده مطابقت دارد. این هم‌ترازی کارایی کوپلینگ و نسبت سیگنال به نویز را به حداکثر می‌رساند.
• اتلاف توان کلکتور در مقابل دمای محیط:یک منحنی کاهش رتبه که نشان می‌دهد حداکثر اتلاف توان مجاز به صورت خطی با افزایش دمای محیط بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. این برای محاسبات قابلیت اطمینان در محیط‌های با دمای بالا حیاتی است.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

ITR9606-F دارای یک محفظه مستطیلی فشرده است.

• ابعاد کلی:تقریباً 4.0 میلی‌متر طول، 3.2 میلی‌متر عرض و 2.5 میلی‌متر ارتفاع (به جز پایه‌ها).
• فاصله پایه‌ها:فاصله استاندارد پایه‌ها 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ) است که با چیدمان‌های معمول PCB سازگار است.
• فرم پایه‌ها:پایه‌ها برای نصب از طریق سوراخ طراحی شده‌اند. نقشه ابعاد محل میله اتصال و نقطه خمش توصیه شده را مشخص می‌کند.
• تلرانس‌ها:مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد، تلرانس‌های ابعادی ±0.3 میلی‌متر است.

4.2 شناسایی قطبیت و نصب

محفظه سیاه به جلوگیری از تداخل نوری داخلی کمک می‌کند. قطعه به صراحت متقارن نیست؛ نمودار دیتاشیت موقعیت طرف‌های فرستنده و گیرنده را نشان می‌دهد. جهت‌گیری صحیح برای عملکرد محور نوری همگرا همانطور که در نظر گرفته شده ضروری است. ردپای PCB باید دقیقاً با موقعیت پایه‌ها تراز شود تا از تنش مکانیکی روی بدنه اپوکسی در حین لحیم‌کاری جلوگیری شود.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت صحیح برای حفظ یکپارچگی و عملکرد دستگاه حیاتی است.

5.1 دستورالعمل شکل‌دهی پایه‌ها

• خم‌کردن باید در فاصله بیشتر از 3 میلی‌متر از پایین بدنه بسته‌بندی اپوکسی انجام شود.
• شکل‌دهی پایه‌ها بایدقبل ازفرآیند لحیم‌کاری تکمیل شود.
• قاب پایه در حین خم‌کردن باید به طور ایمن ثابت شود و از تنش روی بدنه اپوکسی باید اجتناب شود تا از ترک خوردن یا آسیب داخلی جلوگیری شود.
• برش پایه‌ها باید در دمای اتاق انجام شود.

5.2 پارامترهای توصیه شده لحیم‌کاری

• لحیم‌کاری دستی:حداکثر دمای نوک هویه 300 درجه سانتی‌گراد (برای هویه 30 وات)، حداکثر زمان لحیم‌کاری 3 ثانیه برای هر پایه. حداقل فاصله 3 میلی‌متری از اتصال لحیم‌کاری تا حباب اپوکسی حفظ شود.
• لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری:حداکثر دمای پیش‌گرم 100 درجه سانتی‌گراد (تا 60 ثانیه). حداکثر دمای حمام لحیم 260 درجه سانتی‌گراد، با حداکثر زمان ماند 5 ثانیه. قانون فاصله 3 میلی‌متری رعایت شود.
• نکات حیاتی:
  • از اعمال تنش به پایه‌ها در حالی که دستگاه داغ است خودداری کنید.
  • لحیم‌کاری غوطه‌وری/دستی را بیش از یک بار انجام ندهید.
  • دستگاه را تا زمانی که به دمای اتاق خنک شود از ضربه مکانیکی محافظت کنید.
  • از روش‌های تمیزکاری اولتراسونیک استفاده نکنید.

5.3 شرایط نگهداری

• کوتاه‌مدت (≤3 ماه):در دمای 10-30 درجه سانتی‌گراد با رطوبت نسبی (RH) ≤70% نگهداری شود.
• بلندمدت (≥3 ماه):در یک ظرف دربسته با اتمسفر نیتروژن در دمای 10-25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 20-60% نگهداری شود.
• پس از باز کردن:در صورت امکان دستگاه‌ها را در عرض 24 ساعت استفاده کنید. باقیمانده را در دمای 10-25 درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی 20-60% نگهداری کرده و کیسه بسته‌بندی را بلافاصله دوباره مهر و موم کنید.
• از تغییرات سریع دما در محیط‌های مرطوب برای جلوگیری از تعریق اجتناب کنید.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات بسته‌بندی

• 90 قطعه در هر تیوب.
• 48 تیوب در هر جعبه.
• 4 جعبه در هر کارتن.

6.2 اطلاعات برچسب

برچسب بسته‌بندی شامل فیلدهای استاندارد برای ردیابی است: شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره قطعه سازنده (P/N)، تعداد (QTY)، رتبه‌ها (CAT)، مرجع (REF) و شماره دسته (LOT No.).

7. ملاحظات طراحی کاربردی

7.1 پیکربندی مدار معمول

یک مدار کاربردی پایه شامل یک مقاومت محدودکننده جریان در سری با آند IRED است. ترانزیستور نوری معمولاً با یک مقاومت بالا‌کش در کلکتور خود متصل می‌شود و یک پیکربندی امیتر مشترک را تشکیل می‌دهد. خروجی از کلکتور گرفته می‌شود که وقتی نور IR تشخیص داده می‌شود (جسم غایب) پایین کشیده می‌شود و وقتی مسیر نور قطع می‌شود (جسم حاضر) بالا می‌رود. مقدار مقاومت بالا‌کش و جریان IRED دامنه ولتاژ خروجی و سرعت پاسخ را تعیین می‌کنند.

7.2 بهترین روش‌های طراحی و چیدمان

• مسیر نوری:اطمینان حاصل کنید که جسمی که قرار است تشخیص داده شود به طور تمیز از شکاف بین فرستنده و گیرنده عبور کند. اندازه، بازتابندگی و سرعت جسم را در نظر بگیرید.
• مصونیت در برابر نور محیط:در حالی که فیلتر 940 نانومتری و محفظه مقداری محافظت ارائه می‌دهند، طراحی سیستم برای مدوله کردن جریان IRED و استفاده از تشخیص همزمان در مدار گیرنده می‌تواند به طور قابل توجهی مصونیت در برابر نور محیط و نویز الکتریکی را افزایش دهد.
• مدیریت حرارتی:به منحنی کاهش رتبه توان پایبند باشید. در دماهای محیطی بالا یا کاربردهای با چرخه کاری بالا، جریان عملیاتی (I_F) را متناسب کاهش دهید.
• نصب مکانیکی:دستگاه را محکم به PCB متصل کنید تا لرزش که می‌تواند بر قابلیت اطمینان تأثیر بگذارد به حداقل برسد. اطمینان حاصل کنید که هیچ تنشی از طریق پایه‌ها به بسته‌بندی منتقل نمی‌شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

ITR9606-F متعلق به یک کلاس رایج از سنسورهای نوری شکافی با نگاه جانبی است. تمایزهای کلیدی آن شامل جفت‌شدن طول موج خاص 940 نانومتری، زمان پاسخ معمول 15 میکروثانیه و یک بسته‌بندی فشرده از طریق سوراخ است. در مقایسه با سنسورهای عبوری با شکاف فیزیکی، این پیکربندی بازتابی کنارهم امکان تشخیص جسم با شکاف صفر را فراهم می‌کند اما ممکن است فاصله حس‌گری مؤثر کمی کوتاه‌تر داشته باشد و می‌تواند به بازتابندگی جسم هدف حساس‌تر باشد.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 بر اساس پارامترهای فنی

س: فاصله یا شکاف حس‌گری معمول برای این سنسور شکافی چقدر است؟

ج: دیتاشیت حداکثر شکاف حس‌گری را مشخص نمی‌کند. این به شدت به جریان راه‌اندازی IRED، بهره ترانزیستور نوری و بازتابندگی/اندازه جسم هدف بستگی دارد. این قطعه برای مجاورت نزدیک یا قطع مستقیم مسیر نوری داخلی طراحی شده است نه برای تشخیص برد بلند.

س: چرا جریان کلکتور (I_C(ON)) با چنین محدوده وسیعی (0.5 میلی‌آمپر تا 10 میلی‌آمپر) مشخص شده است؟

ج: این محدوده تغییرات طبیعی در نسبت انتقال جریان (CTR) اپتوکوپلر را که نسبت جریان خروجی ترانزیستور نوری به جریان ورودی IRED است، در نظر می‌گیرد. مدارها را طوری طراحی کنید که با حداقل I_C(ON)مشخص شده به طور قابل اطمینان کار کنند تا عملکرد در تمام واحدهای تولیدی تضمین شود.

س: آیا می‌توانم IRED را با جریان پالسی بالاتر از 20 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

ج: مشخصات حداکثر مطلق برای جریان مستقیم پیوسته 50 میلی‌آمپر است. در حالی که پالس‌های کوتاه بالاتر از 20 میلی‌آمپر ممکن است امکان‌پذیر باشد، متوسط اتلاف توان با در نظر گرفتن چرخه کاری و دمای محیط نباید از مقدار رتبه‌بندی شده 75 میلی‌وات تجاوز کند. تجاوز از رتبه‌ها خطر کاهش عمر یا خرابی فوری را به همراه دارد.

10. مثال‌های کاربردی عملی

10.1 تشخیص کاغذ در پرینتر

در سینی کاغذ پرینتر، ITR9606-F می‌تواند طوری نصب شود که پشته کاغذ در مسیر نوری بین فرستنده و گیرنده قرار گیرد. وقتی کاغذ موجود باشد، نور IR را به ترانزیستور نوری منعکس می‌کند و نشان می‌دهد "کاغذ بارگذاری شده است." وقتی سینی خالی است، عدم وجود سطح بازتابنده باعث تغییر وضعیت خروجی ترانزیستور نوری می‌شود و هشدار "کاغذ کم" را فعال می‌کند. زمان پاسخ سریع حتی در حین تغذیه سریع کاغذ نیز امکان تشخیص را فراهم می‌کند.

10.2 انکودر چرخشی برای سرعت موتور

یک دیسک شکاف‌دار متصل به شفت موتور می‌تواند از منطقه تشخیص سنسور عبور کند. همانطور که شکاف‌ها و پره‌ها به طور متناوب عبور می‌کنند، پرتو IR را قطع می‌کنند و یک قطار پالس دیجیتال در خروجی ترانزیستور نوری تولید می‌کنند. فرکانس این سیگنال مستقیماً با سرعت موتور متناسب است. زمان پاسخ 15 میکروثانیه یک حد بالایی برای حداکثر سرعت قابل تفکیک بر اساس چگالی شکاف تعیین می‌کند.

11. اصل عملکرد

ITR9606-F بر اساس اصل بازتاب نور مادون قرمز مدوله شده عمل می‌کند. IRED داخلی نور را در 940 نانومتر ساطع می‌کند. در حالت پیش‌فرض آن (بدون جسم هدف)، این نور از هندسه داخلی محفظه یا یک پس‌زمینه پیش‌فرض منعکس می‌شود و توسط ترانزیستور نوری هم‌مکان تشخیص داده می‌شود و آن را روشن می‌کند. هنگامی که یک جسم وارد منطقه حس‌گری می‌شود، این مسیر نور بازتابی را تغییر می‌دهد - معمولاً با جذب یا پراکنده کردن نور IR - که باعث افت قابل اندازه‌گیری در تابش دریافتی ترانزیستور نوری و در نتیجه جریان خروجی آن می‌شود. این تغییر در خروجی به عنوان یک سیگنال دیجیتال یا آنالوگ برای نشان دادن حضور یا موقعیت جسم استفاده می‌شود.

12. روندهای فناوری

سنسورهای نوری شکافی مانند ITR9606-F نمایانگر یک فناوری بالغ و قابل اطمینان هستند. روندهای فعلی در این زمینه بر چند حوزه متمرکز است:

• کوچک‌سازی:توسعه بسته‌بندی‌های دستگاه نصب سطحی (SMD) حتی کوچک‌تر برای صرفه‌جویی در فضای PCB در الکترونیک مدرن.
• یکپارچه‌سازی:گنجاندن مدارهای اضافی، مانند تریگر اشمیت، تقویت‌کننده‌ها یا خروجی‌های منطقی، در بسته‌بندی سنسور برای ساده‌سازی طراحی خارجی و بهبود مصونیت در برابر نویز.
• عملکرد بهبود یافته:بهبود زمان پاسخ برای کاربردهای با سرعت بالاتر و افزایش حساسیت برای استفاده با جریان‌های راه‌اندازی پایین‌تر به منظور صرفه‌جویی در انرژی.
• تخصصی‌سازی:ایجاد انواع مختلف با طول موج‌های متفاوت، فاصله‌های حس‌گری یا انواع خروجی (دیجیتال، آنالوگ) برای بخش‌های بازار خاص مانند خودرو یا اتوماسیون صنعتی.

علیرغم این روندها، طراحی بازتابی کنارهم اساسی همچنان یک راه‌حل مقرون به صرفه و قوی برای کاربردهای بی‌شماری مجاورت و حس‌گری موقعیت باقی می‌ماند.