مشخصات فنی قطعه اپتو اینتراپتر ITR8102 - ابعاد بسته‌بندی 4.8x4.8x3.2 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 1.25 ولت - طول موج پیک 940 نانومتر - مستندات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ITR8102 یک ماژول اپتو اینتراپتر فشرده است که برای کاربردهای حس‌گری غیرتماسی طراحی شده است. این قطعه یک دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز (IRED) و یک ترانزیستور نوری سیلیکونی را در محورهای نوری همگرا، درون یک محفظه ترموپلاستیک سیاه یکپارچه کرده است. این پیکربندی به ترانزیستور نوری اجازه می‌دهد تا در شرایط عادی، تابش را از LED مادون قرمز دریافت کند. هنگامی که یک جسم کدر مسیر نور بین فرستنده و گیرنده را قطع می‌کند، ترانزیستور نوری از هدایت بازمی‌ایستد و این امکان تشخیص جسم یا حس‌گری موقعیت را فراهم می‌سازد.

ویژگی‌های کلیدی شامل زمان پاسخ سریع، حساسیت بالا و مطابقت با استانداردهای زیست‌محیطی مانند RoHS و EU REACH است. این قطعه با استفاده از مواد بدون سرب ساخته شده است.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. عملکرد تحت این شرایط تضمین نمی‌شود.

• اتلاف توان ورودی (Pd):75 میلی‌وات در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر.
• ولتاژ معکوس ورودی (VR):حداکثر 5 ولت.
• جریان مستقیم ورودی (IF):حداکثر 50 میلی‌آمپر.
• اتلاف توان کلکتور خروجی (Pc):75 میلی‌وات.
• جریان کلکتور خروجی (IC):حداکثر 20 میلی‌آمپر.
• ولتاژ کلکتور-امیتر (BVCEO):حداکثر 30 ولت.
• دمای عملیاتی (Topr):25- درجه تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای نگهداری (Tstg):40- درجه تا 85+ درجه سانتی‌گراد.
• دمای لحیم‌کاری پایه‌ها (Tsol):260 درجه سانتی‌گراد به مدت کمتر از 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 3 میلی‌متری از بدنه بسته‌بندی.

2.2 مشخصات الکترواپتیکی

این پارامترها در دمای محیط Ta=25°C اندازه‌گیری شده و عملکرد عملیاتی معمول را تعریف می‌کنند.

• ولتاژ مستقیم (VF):معمولاً 1.25 ولت، با حداکثر 1.60 ولت در IF=20mA.
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در VR=5V.
• طول موج پیک (λP):940 نانومتر در IF=20mA.
• جریان تاریکی (ICEO):حداکثر 100 نانوآمپر در VCE=20V و تابندگی صفر (Ee=0 mW/cm²).
• ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (VCE(sat)):حداکثر 0.4 ولت در IC=0.9mA و IF=20mA.
• جریان کلکتور (IC(ON)):حداقل 0.9 میلی‌آمپر، مقادیر معمول بالاتر، تا حداکثر 15 میلی‌آمپر در VCE=5V و IF=20mA.
• زمان صعود/سقوط (tr, tf):معمولاً هر کدام 15 میکروثانیه تحت شرایط تست مشخص شده (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ).

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 مشخصات فرستنده مادون قرمز

دیتاشیت منحنی‌های معمول برای بخش فرستنده مادون قرمز را ارائه می‌دهد. منحنیجریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیمرابطه غیرخطی را نشان می‌دهد که برای طراحی مدار درایور محدودکننده جریان ضروری است. منحنیجریان مستقیم در مقابل دمای محیطکاهش ضروری حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط را برای جلوگیری از گرمای بیش از حد نشان می‌دهد. منحنیتوزیع طیفیانتشار پیک در 940 نانومتر را تأیید می‌کند که برای تطابق با حساسیت ترانزیستور نوری و به حداقل رساندن تداخل از نور مرئی محیطی بهینه است.

3.2 مشخصات ترانزیستور نوری

منحنی کلیدی برای ترانزیستور نوری، نمودارحساسیت طیفیاست. این نمودار پاسخ‌دهی آشکارساز را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد که در ناحیه مادون قرمز نزدیک حدود 940 نانومتر به اوج می‌رسد. این تطابق دقیق طیفی با خروجی فرستنده مادون قرمز، حساسیت بالا و نسبت سیگنال به نویز در سیستم حس‌گری را تضمین می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

ITR8102 در یک بسته‌بندی استاندارد 4 پایه با دید جانبی قرار دارد. ابعاد حیاتی شامل اندازه کلی بدنه تقریباً 4.8 میلی‌متر طول، 4.8 میلی‌متر ارتفاع و 3.2 میلی‌متر عرض (به استثنای پایه‌ها) است. فاصله پایه‌ها 2.54 میلی‌متر (0.1 اینچ) می‌باشد. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس کلی ±0.3 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پایه‌ها از زیر محفظه پلاستیکی سیاه بیرون می‌آیند که به عنوان مانع نوری عمل کرده و از تداخل بین فرستنده و گیرنده جلوگیری می‌کند.

4.2 شناسایی قطبیت

این قطعه از پیکربندی استاندارد پایه‌ها استفاده می‌کند. هنگام مشاهده قطعه از جلو (سمتی که روزنه‌های لنز قرار دارند)، پایه‌ها معمولاً از چپ به راست به صورت زیر چیده شده‌اند: آند LED مادون قرمز، کاتد LED مادون قرمز، امیتر ترانزیستور نوری، کلکتور ترانزیستور نوری. برای اطمینان از اتصال صحیح مدار، مشورت با نمودار بسته‌بندی برای شناسایی قطعی بسیار حیاتی است.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 فرم‌دهی پایه‌ها

پایه‌ها باید قبل از لحیم‌کاری فرم داده شوند. خمش باید در فاصله‌ای بیش از 3 میلی‌متر از زیر بدنه اپوکسی بسته‌بندی انجام شود تا از ترک‌های ناشی از تنش یا کاهش عملکرد جلوگیری شود. قاب پایه در حین خمش باید محکم نگه داشته شود تا از اعمال تنش بر روی بدنه اپوکسی جلوگیری گردد. برش پایه‌ها باید در دمای اتاق انجام شود.

5.2 فرآیند لحیم‌کاری

شرایط لحیم‌کاری توصیه شده برای قابلیت اطمینان حیاتی است.

• لحیم‌کاری دستی:حداکثر دمای نوک هویه 300 درجه سانتی‌گراد (برای هویه 30 وات)، حداکثر زمان لحیم‌کاری 3 ثانیه برای هر پایه.
• 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.
• فاصله حیاتی:اتصال لحیم‌کاری باید حداقل 3 میلی‌متر از بدنه اپوکسی فاصله داشته باشد تا از آسیب حرارتی جلوگیری شود.
• محدودیت فرآیند:لحیم‌کاری غوطه‌وری یا دستی نباید بیش از یک بار انجام شود.

یک پروفیل دمای لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است که بر افزایش کنترل‌شده دما، یک فلات دمای پیک و یک فاز خنک‌کننده کنترل‌شده برای به حداقل رساندن شوک حرارتی تأکید دارد.

5.3 تمیزکاری و نگهداری

تمیزکاری اولتراسونیک ممنوع است زیرا می‌تواند به اجزای داخلی یا درز اپوکسی آسیب برساند. برای نگهداری، قطعات باید پس از حمل، در دمای 10-30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی ≤70% تا 3 ماه نگهداری شوند. برای نگهداری طولانی‌تر (تا یک سال)، اتمسفر نیتروژن در دمای 10-25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 20-60% توصیه می‌شود. پس از باز کردن کیسه ضد رطوبت، قطعات باید در عرض 24 ساعت استفاده یا بلافاصله مجدداً مهر و موم شوند.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

مشخصات بسته‌بندی استاندارد 100 عدد در هر تیوب، 20 تیوب در هر جعبه و 4 جعبه در هر کارتن است که در مجموع 8000 عدد در هر کارتن می‌شود. برچسب روی بسته‌بندی شامل فیلدهایی برای شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره قطعه سازنده (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY) و شماره سری ساخت (LOT No.) برای ردیابی است.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

ITR8102 برای کاربردهای مختلف حس‌گری و کلیدزنی غیرتماسی مناسب است، از جمله اما نه محدود به:

• حس‌گری موقعیت در پرینترها/اسکنرها/کپی‌برها:تشخیص وجود کاغذ، موقعیت سینی یا موقعیت خانه کارت‌ریج.
• کدگذاری چرخشی:در ترکیب با یک چرخ شیاردار برای اندازه‌گیری سرعت یا موقعیت در موتورها، فن‌ها یا درایوهای فلاپی دیسک استفاده می‌شود.
• تشخیص جسم:تشخیص وجود یا عدم وجود یک جسم در دستگاه‌های فروش خودکار، اتوماسیون صنعتی یا سیستم‌های امنیتی.
• کلیدزنی غیرتماسی:پیاده‌سازی کلیدهای بدون تماس در الکترونیک مصرفی یا لوازم خانگی.

7.2 ملاحظات طراحی

• مقاومت محدودکننده جریان:یک مقاومت خارجی باید به صورت سری با آند LED مادون قرمز وصل شود تا جریان مستقیم (IF) را به مقدار مورد نظر (مثلاً 20mA برای عملکرد معمول) محدود کند، که بر اساس ولتاژ تغذیه و ولتاژ مستقیم LED (VF) محاسبه می‌شود.
• بایاس ترانزیستور نوری:یک مقاومت بار (RL) بین کلکتور ترانزیستور نوری و تغذیه مثبت وصل می‌شود. مقدار RL نوسان ولتاژ خروجی و سرعت کلیدزنی را تعیین می‌کند. یک مقدار معمول 1kΩ است.
• مصونیت در برابر نور محیط:محفظه سیاه و جفت طول موج تطبیق‌یافته 940 نانومتر، رد خوبی در برابر نور مرئی محیطی ارائه می‌دهند. برای محیط‌های با IR محیطی بالا، ممکن است تکنیک‌های مدولاسیون/دمدولاسیون لازم باشد.
• طراحی روزنه و شکاف:فاصله حس‌گری و وضوح به اندازه و تراز جسمی که پرتو را قطع می‌کند بستگی دارد. محور نوری همگرا یک شکاف حس‌گری خاص را تعریف می‌کند.
• مدیریت حرارت:جریان مستقیم باید در دماهای محیطی بالاتر مطابق منحنی کاهش رتبه، کاهش یابد تا اطمینان حاصل شود که اتلاف توان ورودی (Pd) از محدودیت‌های ایمن تجاوز نمی‌کند.

8. مقایسه و تمایز فنی

ITR8102 مجموعه‌ای متعادل از مشخصات را برای قطع‌کننده نوری همه‌کاره ارائه می‌دهد. تمایزهای کلیدی آن شامل زمان پاسخ نسبتاً سریع 15 میکروثانیه مناسب برای حس‌گری با سرعت متوسط، جریان کلکتور حداقل بالا (0.9mA) که یک سیگنال خروجی قوی را تضمین می‌کند، و یک بسته‌بندی فشرده و استاندارد صنعتی است. در مقایسه با سنسورهای بازتابی، ماژول‌های قطع‌کننده مانند ITR8102 قابلیت اطمینان و ثبات بالاتری ارائه می‌دهند زیرا در برابر تغییرات در بازتابندگی جسم هدف مصون هستند. پیکربندی کنار هم با یک شکاف فیزیکی برای تشخیص اجسامی که از یک صفحه خاص عبور می‌کنند ایده‌آل است.

9. پرسش‌های متداول (سوالات پرتکرار)

9.1 فاصله یا شکاف حس‌گری معمول چقدر است؟

شکاف حس‌گری توسط جدایی مکانیکی بین لنزهای فرستنده و گیرنده در داخل بسته‌بندی تعریف می‌شود. برای ITR8102، این یک شکاف داخلی ثابت است. این قطعه هر جسم کدری را که وارد این شکاف شده و پرتو مادون قرمز را قطع کند، تشخیص می‌دهد. "فاصله حس‌گری" مؤثر اساساً صفر است، زیرا جسم باید فیزیکی وارد شکاف شود.

9.2 آیا می‌توانم LED مادون قرمز را مستقیماً با یک منبع ولتاژ راه‌اندازی کنم؟

خیر. LED مادون قرمز یک دیود با مقاومت دینامیکی و افت ولتاژ مستقیم است. اتصال مستقیم آن به یک منبع ولتاژ که از VF آن بیشتر باشد، باعث جریان بیش از حد شده و ممکن است قطعه را از بین ببرد. یک مقاومت سری محدودکننده جریان اجباری است.

9.3 چگونه خروجی ترانزیستور نوری را به یک میکروکنترلر متصل کنم؟

ترانزیستور نوری به عنوان یک کلید وابسته به نور عمل می‌کند. با اتصال مقاومت بار (RL) به VCC، خروجی کلکتور هنگامی که پرتو مسدود نیست (حالت ON) پایین کشیده می‌شود (نزدیک به VCE(sat)). هنگامی که پرتو مسدود می‌شود، ترانزیستور خاموش می‌شود و خروجی کلکتور بالا می‌رود (به VCC). این سیگنال دیجیتال می‌تواند مستقیماً توسط پین ورودی دیجیتال یک میکروکنترلر خوانده شود. برای حس‌گری آنالوگ شدت نور، ولتاژ دو سر RL را می‌توان با یک ADC اندازه‌گیری کرد، اگرچه خطی بودن ممکن است محدود باشد.

9.4 چرا فاصله لحیم‌کاری (3 میلی‌متر) اینقدر حیاتی است؟

بسته‌بندی اپوکسی که تراشه‌های نیمه‌هادی را محصور کرده است، به تنش حرارتی شدید حساس است. لحیم‌کاری خیلی نزدیک به بدنه می‌تواند حرارت بیش از حد را منتقل کند، که به طور بالقوه باعث ترک خوردن اپوکسی، آسیب به اتصالات سیمی داخل یا تغییر خواص نوری لنز می‌شود و منجر به خرابی فوری یا کاهش قابلیت اطمینان بلندمدت می‌گردد.

10. مورد عملی طراحی

مورد: سنسور اتمام کاغذ در یک پرینتر رومیزی

در این کاربرد، ITR8102 روی برد اصلی پرینتر نصب می‌شود، به گونه‌ای قرار می‌گیرد که شکاف حس‌گری آن با مسیری که دسته کاغذ از آن عبور می‌کند هم‌تراز شود. یک اهرم یا پرچم مکانیکی متصل به سینی کاغذ، هنگامی که کاغذ تمام می‌شود، وارد شکاف سنسور می‌شود.

پیاده‌سازی مدار:LED مادون قرمز با جریان ثابت 20mA از منبع منطقی 5V پرینتر از طریق یک مقاومت سری 180Ω ((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω, مقدار استاندارد 180Ω) راه‌اندازی می‌شود. کلکتور ترانزیستور نوری از طریق یک مقاومت pull-up 4.7kΩ به منبع تغذیه 5V و همچنین به یک پین GPIO روی میکروکنترلر پرینتر متصل می‌شود.

عملکرد:هنگامی که کاغذ وجود دارد، پرچم خارج از شکاف است، پرتو قطع نمی‌شود، ترانزیستور نوری روشن است و خروجی کلکتور را LOW می‌کشد. میکروکنترلر یک منطق '0' می‌خواند که نشان‌دهنده وجود کاغذ است. هنگامی که کاغذ تمام می‌شود، پرچم وارد شکاف می‌شود و پرتو را مسدود می‌کند. ترانزیستور نوری خاموش می‌شود و اجازه می‌دهد مقاومت pull-up خروجی کلکتور را HIGH ببرد. میکروکنترلر یک منطق '1' می‌خواند که باعث فعال شدن هشدار "کاغذ تمام" در رابط کاربری می‌شود. زمان پاسخ سریع ITR8102 تشخیص فوری را تضمین می‌کند.

11. اصل عملکرد

ITR8102 بر اساس اصل انتقال و تشخیص نور مدوله‌شده عمل می‌کند. دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز داخلی (IRED) هنگامی که با جریان مناسب بایاس مستقیم می‌شود، فوتون‌هایی در طول موج پیک 940 نانومتر ساطع می‌کند. این فوتون‌ها از یک شکاف هوای کوچک و دقیقاً هم‌تراز درون محفظه عبور می‌کنند. ترانزیستور نوری سیلیکونی، که در مقابل IRED قرار دارد، به این طول موج خاص حساس است. هنگامی که فوتون‌ها به ناحیه بیس ترانزیستور نوری برخورد می‌کنند، جفت‌های الکترون-حفره ایجاد می‌کنند که به طور مؤثر یک جریان بیس ایجاد کرده و ترانزیستور را روشن می‌کنند و اجازه می‌دهند جریان کلکتور بسیار بزرگتری جاری شود. این جریان کلکتور متناسب با شدت نور مادون قرمز دریافتی است. هنگامی که یک جسم کدر وارد شکاف می‌شود، جریان فوتون را مسدود می‌کند، جریان بیس ترانزیستور نوری به نزدیک صفر (جریان تاریکی) کاهش می‌یابد و ترانزیستور خاموش می‌شود. این حالت الکتریکی متمایز ON/OFF در خروجی مستقیماً با وجود یا عدم وجود یک جسم در مسیر نوری مطابقت دارد.

12. روندهای فناوری

فناوری قطع‌کننده نوری به موازات پیشرفت‌ها در اپتوالکترونیک و ساخت، همچنان در حال تکامل است. روندها شامل توسعه دستگاه‌هایی با ردپای بسته‌بندی حتی کوچکتر برای امکان کوچک‌سازی در الکترونیک مصرفی و پوشیدنی‌ها است. همچنین تلاش برای دستیابی به سرعت‌های کلیدزنی بالاتر برای پشتیبانی از کدگذاری داده سریع‌تر و اتوماسیون صنعتی پرسرعت وجود دارد. یکپارچه‌سازی عملکردهای اضافی، مانند ماشه اشمیت داخلی برای شکل‌دهی سیگنال یا مقاومت‌های محدودکننده جریان، طراحی مدار را ساده می‌کند. علاوه بر این، بهبود در مواد و فرآیندهای قالب‌گیری، استحکام محیطی را افزایش می‌دهد و امکان عملکرد در محدوده وسیع‌تری از دما و رطوبت برای کاربردهای خودرویی و صنعتی را فراهم می‌سازد. اصل بنیادی همچنان قوی باقی مانده است و تضمین می‌کند که قطع‌کننده‌های نوری برای تشخیص موقعیت و جسم قابل اطمینان و بدون تماس همچنان مرتبط خواهند بود.