دیتاشیت قطعه اپتو اینتراپتر ITR8402-F-A - ابعاد 4.0x2.0x3.0 میلی‌متر - ولتاژ مستقیم 1.2 ولت - طول موج پیک 940 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

ITR8402-F-A یک ماژول اپتو اینتراپتر فشرده است که برای کاربردهای حسگری بدون تماس طراحی شده است. این قطعه یک دیود ساطع‌کننده مادون قرمز (IRED) و یک فتوترانزیستور سیلیکونی را در یک محور نوری همگرا و درون یک محفظه ترموپلاستیک سیاه یکپارچه کرده است. اصل اساسی عملکرد شامل دریافت تابش مادون قرمز ساطع شده از IRED توسط فتوترانزیستور در شرایط عادی است. هنگامی که یک جسم کدر مسیر نوری بین فرستنده و گیرنده را قطع می‌کند، فتوترانزیستور دریافت سیگنال را متوقف کرده و امکان تشخیص جسم یا حسگری موقعیت فراهم می‌شود.

ویژگی‌های کلیدی این دستگاه شامل زمان پاسخ سریع، حساسیت بالا و طول موج تابش پیک 940 نانومتر است که خارج از طیف مرئی بوده تا تداخل ناشی از نور محیط به حداقل برسد. این دستگاه با استفاده از مواد بدون سرب ساخته شده و با مقررات زیست‌محیطی مرتبط مانند RoHS و EU REACH مطابقت دارد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات حداکثر مطلق مجاز

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

• ورودی (IRED):توان تلف شده (Pd) در دمای هوای آزاد 25 درجه سانتی‌گراد یا کمتر، 75 میلی‌وات است. حداکثر ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت و حداکثر جریان مستقیم (IF) 50 میلی‌آمپر است.
• خروجی (فتوترانزیستور):توان تلف شده کلکتور (Pd) 75 میلی‌وات است. حداکثر جریان کلکتور (IC) 20 میلی‌آمپر است. ولتاژ کلکتور-امیتر (BV_CEO) 30 ولت و ولتاژ امیتر-کلکتور (BV_ECO) 5 ولت است.
• محیطی:محدوده دمای کاری (T_opr) از 25- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است. محدوده دمای ذخیره‌سازی (T_stg) از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است. دمای لحیم‌کاری پایه‌ها (T_sol) نباید بیش از 260 درجه سانتی‌گراد و به مدت 5 ثانیه یا کمتر باشد که در فاصله 3 میلی‌متری از بدنه پکیج اندازه‌گیری می‌شود.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی

این پارامترها در دمای محیط (T_a) 25 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده و عملکرد معمول دستگاه را تعریف می‌کنند.

• ورودی (IRED):ولتاژ مستقیم معمول (V_F) در جریان مستقیم (I_F) 20 میلی‌آمپر، 1.2 ولت و حداکثر 1.5 ولت است. جریان معکوس (I_R) حداکثر 10 میکروآمپر در V_R=5 ولت است. طول موج پیک (λ_P) 940 نانومتر است.
• خروجی (فتوترانزیستور):جریان تاریکی (I_CEO) حداکثر 100 نانوآمپر در V_CE=20 ولت و تابندگی صفر است. ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(sat)) حداکثر 0.4 ولت است هنگامی که جریان کلکتور (I_C) 2 میلی‌آمپر تحت تابندگی (E_e) 1 میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع باشد.
• ویژگی‌های انتقال:حداقل جریان کلکتور (I_C(ON)) 0.5 میلی‌آمپر است هنگامی که V_CE=5 ولت و I_F=20 میلی‌آمپر باشد. زمان افزایش معمول (t_r) و زمان کاهش (t_f) هر دو 15 میکروثانیه تحت شرایط تست V_CE=5 ولت، I_C=1 میلی‌آمپر و مقاومت بار (R_L) 1 کیلواهم است.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت منحنی‌های مشخصه معمول را هم برای فرستنده مادون قرمز و هم برای فتوترانزیستور ارائه می‌دهد. این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه تحت شرایط مختلف ضروری هستند.

3.1 مشخصات فرستنده مادون قرمز

منحنی‌ها رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم را نشان می‌دهند که برای طراحی مدار درایو حیاتی است. همچنین کاهش توان تلفی کلکتور با افزایش دمای محیط را نشان می‌دهند که برای مدیریت حرارتی بسیار مهم است. منحنی حساسیت طیفی، تابش پیک در 940 نانومتر را تأیید می‌کند.

3.2 مشخصات فتوترانزیستور

منحنی حساسیت طیفی برای فتوترانزیستور، پاسخ‌دهی آن را در طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد که حساسیت پیک آن معمولاً با خروجی 940 نانومتری فرستنده مادون قرمز هم‌راستا است و کارایی کوپلینگ بهینه را تضمین می‌کند.

4. اطلاعات مکانیکی و پکیج

4.1 ابعاد پکیج

ITR8402-F-A در یک پکیج فشرده و استاندارد صنعتی قرار دارد. ابعاد کلیدی شامل اندازه کلی بدنه، فاصله پایه‌ها و موقعیت دریچه نوری است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر و با تلرانس استاندارد ±0.3 میلی‌متر مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شود. فاصله پایه‌ها در نقطه‌ای که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند اندازه‌گیری می‌شود.

4.2 شناسایی قطبیت

این قطعه برای نصب از طریق سوراخ طراحی شده است. پیکربندی پایه‌ها باید در حین طراحی PCB و مونتاژ به دقت رعایت شود تا اتصال الکتریکی صحیح آند و کاتد IRED و کلکتور و امیتر فتوترانزیستور تضمین گردد.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 شکل‌دهی پایه‌ها

در صورت نیاز به شکل‌دهی پایه‌ها، این کار بایدقبل ازلحیم‌کاری انجام شود. خمش باید در حداقل فاصله 3 میلی‌متری از پایین پکیج اپوکسی انجام شود تا از آسیب ناشی از تنش جلوگیری شود. پایه‌ها در حین خم شدن باید محکم نگه داشته شوند و خود پکیج نباید لمس شده یا تحت تنش قرار گیرد. برش پایه‌ها باید در دمای اتاق انجام شود.

5.2 فرآیند لحیم‌کاری

لحیم‌کاری باید با دقت انجام شود تا از آسیب حرارتی یا مکانیکی جلوگیری گردد.

• لحیم‌کاری دستی:حداکثر دمای نوک هویه 300 درجه سانتی‌گراد (برای هویه‌های با حداکثر توان 30 وات). زمان لحیم‌کاری برای هر پایه نباید از 3 ثانیه تجاوز کند. حداقل فاصله 3 میلی‌متری از نقطه لحیم تا حباب اپوکسی حفظ شود.
• لحیم‌کاری موجی/غوطه‌وری:حداکثر دمای پیش‌گرم 100 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر 60 ثانیه. دمای حمام لحیم نباید از 260 درجه سانتی‌گراد تجاوز کند، با زمان ماند حداکثر 5 ثانیه. قانون فاصله 3 میلی‌متری از حباب اپوکسی نیز اعمال می‌شود.

یک پروفیل دمای لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است که بر کنترل مرحله افزایش دما، یک فلات دمای پیک مشخص و یک مرحله خنک‌کننده کنترل‌شده تأکید دارد. خنک‌کردن سریع توصیه نمی‌شود. لحیم‌کاری (غوطه‌وری یا دستی) نباید بیش از یک بار انجام شود. پس از لحیم‌کاری، دستگاه باید تا بازگشت به دمای اتاق در برابر ضربه مکانیکی محافظت شود.

5.3 تمیزکاری و ذخیره‌سازی

تمیزکاری اولتراسونیک دستگاه مونتاژ شده ممنوع است زیرا می‌تواند باعث آسیب داخلی شود. برای ذخیره‌سازی، دستگاه‌ها باید در دمای 10-30 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 70% یا کمتر نگهداری شوند. عمر مفید ذخیره‌سازی توصیه شده در بسته‌بندی حمل اصلی 3 ماه است. برای ذخیره‌سازی طولانی‌تر، اتمسفر نیتروژن در دمای 10-25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 20-60% توصیه می‌شود. پس از باز کردن، دستگاه‌ها باید در عرض 24 ساعت استفاده شوند و هر قطعه باقی‌مانده باید بلافاصله مجدداً مهر و موم شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

مشخصات بسته‌بندی استاندارد 90 قطعه در هر تیوب، 48 تیوب در هر جعبه و 4 جعبه در هر کارتن است. برچسب روی بسته‌بندی شامل فیلدهای شماره قطعه مشتری (CPN)، شماره قطعه (P/N)، تعداد بسته‌بندی (QTY)، رتبه‌ها (CAT)، مرجع (REF) و شماره لات (LOT No) است.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی معمول

ITR8402-F-A برای کاربردهای مختلف حسگری و سوئیچینگ بدون تماس مناسب است، از جمله اما نه محدود به: حسگری موقعیت در ماوس‌های کامپیوتر و دستگاه‌های کپی، تشخیص کاغذ در اسکنرها و درایوهای فلاپی دیسک، تشخیص لبه در پرینترها و تشخیص جسم عمومی. پکیج از طریق سوراخ آن، آن را برای نصب مستقیم روی برد در طیف گسترده‌ای از الکترونیک مصرفی و صنعتی مناسب می‌سازد.

7.2 ملاحظات طراحی

هنگام طراحی با این اپتو اینتراپتر، چندین عامل حیاتی هستند:

• طراحی مدار:یک مقاومت محدودکننده جریان برای عملکرد IRED در محدوده جریان مستقیم مشخص شده آن (I_F) اجباری است. خروجی فتوترانزیستور معمولاً به یک مقاومت pull-up نیاز دارد تا سطح منطقی HIGH را هنگامی که پرتو قطع نشده است، تعریف کند.
• یکپارچه‌سازی مکانیکی:سوراخ‌های PCB باید دقیقاً با پایه‌های قطعه هم‌راستا باشند تا از تنش نصب جلوگیری شود. شکاف بین فرستنده و گیرنده باید از موانع و آلودگی‌ها پاک نگه داشته شود.
• مدیریت حرارتی:توان تلفی هر دو IRED و فتوترانزیستور باید در نظر گرفته شود، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا. برای راهنمایی به منحنی‌های کاهش توان مراجعه کنید.
• مصونیت در برابر نور محیط:در حالی که طول موج 940 نانومتر و محفظه تا حدی مصونیت ایجاد می‌کنند، طراحی سیستم برای عملکرد در یک محیط نور کنترل‌شده یا استفاده از سیگنال‌های مادون قرمز مدوله‌شده می‌تواند قابلیت اطمینان را در شرایط چالش‌برانگیز افزایش دهد.

8. مقایسه و تمایز فنی

ITR8402-F-A تعادلی از سرعت، حساسیت و اندازه ارائه می‌دهد. زمان پاسخ سریع 15 میکروثانیه‌ای آن، آن را برای کاربردهای نیازمند تشخیص سریع، مانند انکودرها یا شمارش سرعت بالا مناسب می‌سازد. حساسیت بالا امکان عملکرد قابل اطمینان حتی با جریان‌های درایو پایین‌تر یا در محیط‌های غبارآلود را فراهم می‌کند. طراحی محور همگرا کنار هم در یک پکیج استاندارد، در مقایسه با سنسورهای تخصصی‌تر یا بازتابی، یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه برای بسیاری از نیازهای حسگری رایج ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (FAQ)

9.1 فاصله یا شکاف حسگری معمول چقدر است؟

دیتاشیت حداکثر شکاف حسگری را مشخص نکرده است. این پارامتر به شدت به جریان اعمالی به IRED، حساسیت فتوترانزیستور خاص، نوسان سیگنال خروجی مورد نیاز و ویژگی‌های جسم قطع‌کننده (کدری، اندازه) بستگی دارد. این پارامتر برای هر کاربرد به صورت تجربی تعیین می‌شود.

9.2 آیا می‌توانم از این سنسور در نور خورشید استفاده کنم؟

نور مستقیم خورشید حاوی تابش مادون قرمز قابل توجهی است و می‌تواند فتوترانزیستور را اشباع کند و باعث عملکرد غیرقابل اطمینان شود. برای کاربردهای فضای باز یا با نور محیطی بالا، استفاده از محافظ اضافی، فیلتر نوری یا استفاده از سیگنال مادون قرمز مدوله‌شده با تشخیص همزمان به شدت توصیه می‌شود.

9.3 چرا زمان افزایش/کاهش با بار 1 کیلواهم مشخص شده است؟

سرعت سوئیچینگ یک فتوترانزیستور تحت تأثیر ثابت زمانی RC تشکیل شده از خازن پیوندی آن و مقاومت بار است. مشخص کردن آن با یک بار استاندارد (1 کیلواهم) امکان مقایسه یکنواخت بین دستگاه‌ها را فراهم می‌کند. استفاده از یک مقاومت بار متفاوت، زمان‌های افزایش و کاهش مؤثر را تغییر خواهد داد.

10. موارد عملی طراحی و استفاده

10.1 مطالعه موردی: تشخیص گیرکردن کاغذ در پرینتر

در این کاربرد، چندین سنسور ITR8402-F-A در طول مسیر کاغذ قرار می‌گیرند. پرتو مادون قرمز به طور معمول توسط حضور کاغذ قطع می‌شود. گیرکردن کاغذ هنگامی تشخیص داده می‌شود که پرتو برای مدت طولانی‌تر از زمان عبور مورد انتظار بین دو سنسور قطع نشده باقی بماند (فتوترانزیستور روشن)، یا هنگامی که در سنسوری که کاغذ نباید حضور داشته باشد قطع شود (فتوترانزیستور خاموش). زمان پاسخ سریع، تشخیص به موقع را تضمین کرده و از آسیب جلوگیری می‌کند.

10.2 مطالعه موردی: انکودر چرخشی برای کنترل سرعت موتور

یک دیسک شکاف‌دار متصل به شفت موتور بین فرستنده و گیرنده ITR8402-F-A می‌چرخد. با عبور شکاف‌ها از پرتو، یک خروجی پالسی از فتوترانزیستور تولید می‌کنند. فرکانس این پالس‌ها مستقیماً با سرعت چرخشی موتور متناسب است. زمان پاسخ 15 میکروثانیه‌ای امکان اندازه‌گیری دقیق سرعت حتی در دورهای بالا (RPM) را فراهم می‌کند.

11. اصل عملکرد

یک اپتو اینتراپتر یا فوتواینتراپتر، یک قطعه خودکفا است که یک منبع نور مادون قرمز و یک فوتودتکتور را در یک پکیج واحد ترکیب کرده و در دو طرف یک شکاف فیزیکی روبروی هم قرار گرفته‌اند. IRED با بایاس مستقیم برای تابش نور نامرئی مادون قرمز فعال می‌شود. فتوترانزیستور که در مقابل قرار دارد، به عنوان یک سوئیچ کنترل‌شده با نور عمل می‌کند. مقاومت کلکتور-امیتر آن بسیار بالا است (در حالت \"خاموش\") هنگامی که هیچ نوری به آن نمی‌تابد (جریان تاریکی حداقل است). هنگامی که نور مادون قرمز به ناحیه بیس آن برخورد می‌کند، جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌شوند که به طور مؤثر ترانزیستور را بایاس کرده و اجازه می‌دهد جریان کلکتور قابل توجهی جریان یابد و آن را \"روشن\" می‌کند. یک جسم قرار داده شده در شکاف، نور را مسدود کرده و فتوترانزیستور را خاموش می‌کند. این سیگنال دیجیتال روشن/خاموش برای تشخیص استفاده می‌شود.

12. روندهای فناوری

فناوری هسته‌ای اپتو اینتراپترها بالغ است، اما روندها بر کوچک‌سازی (پکیج‌های SMD کوچکتر)، سرعت بالاتر برای کاربردهای انتقال داده و یکپارچه‌سازی مدارهای اضافی (مانند تریگر اشمیت یا تقویت‌کننده‌ها) درون پکیج برای ارائه سیگنال خروجی دیجیتال تمیزتر و بهبود مصونیت در برابر نویز متمرکز است. همچنین روندی به سمت جریان‌های کاری پایین‌تر برای دستگاه‌های IoT با باتری وجود دارد. اصل اساسی تشخیص نور مدوله‌شده برای رد نور محیط، همچنان یک حوزه کلیدی توسعه برای کاربردهای صنعتی و خودرویی قوی باقی مانده است.