دیتاشیت ITR20002 فوتواینتراپتر - بسته‌بندی دید جانبی - طول موج 940 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

ITR20002 یک ماژول فوتواینتراپتر مادون قرمز فشرده با دید جانبی است. این قطعه یک دیود گسیلنده مادون قرمز و یک فوتوترانزیستور سیلیکونی NPN را در یک محور نوری همگرا و در کنار یکدیگر، درون یک محفظه ترموپلاستیک سیاه یکپارچه کرده است. این پیکربندی برای تشخیص شیء، حس‌گری موقعیت و کاربردهای کلیدزنی بدون تماس، با قطع مسیر پرتو مادون قرمز بین فرستنده و گیرنده طراحی شده است.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

• زمان پاسخ‌دهی سریع:امکان تشخیص و کلیدزنی سریع را فراهم می‌کند و برای کاربردهای پرسرعت مناسب است.
• حساسیت بالا:فوتوترانزیستور سیلیکونی، تشخیص سیگنال قابل اطمینانی از فرستنده مادون قرمز ارائه می‌دهد.
• طول موج قطع مشخص:طول موج اوج گسیل (λp) برابر 940 نانومتر، بهینه‌شده برای حس‌گری مادون قرمز و در عین حال به حداقل رساندن تداخل نور مرئی.
• انطباق محیطی:این محصول عاری از سرب بوده و با استانداردهای RoHS، EU REACH و بدون هالوژن (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) مطابقت دارد.
• محور نوری همگرا:طراحی کنار هم و همگرا، ترازبندی را برای تشخیص شیء در شکاف بین اجزا ساده می‌کند.

1.2 کاربردهای هدف

این ماژول برای طیف متنوعی از وظایف حس‌گری الکترواپتیکال طراحی شده است، از جمله:

• مکانیزم‌های ماوس و دستگاه کپی برای تشخیص حرکت یا وجود کاغذ.
• درایوهای فلاپی دیسک برای حس‌گری قرارگیری دیسک یا موقعیت ترک.
• کلیدزنی بدون تماس عمومی.
• نصب مستقیم روی بردهای مدار چاپی (PCB).

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

این بخش تفسیر دقیق و عینی از پارامترهای کلیدی الکتریکی و نوری ذکر شده در دیتاشیت ارائه می‌دهد.

2.1 محدوده‌های مطلق حداکثر

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 (LED مادون قرمز):
  • توان تلف شده (Pd):100 میلی‌وات در دمای 25 درجه سلسیوس. در دمای محیط بالاتر، کاهش امتیاز (درریتینگ) ضروری است.
  • ولتاژ معکوس (VR):5 ولت. تجاوز از این مقدار می‌تواند باعث شکست پیوند LED شود.
  • جریان مستقیم (IF):60 میلی‌آمپر پیوسته.
  • جریان مستقیم پیک (IFP):1 آمپر برای پالس‌های ≤100 میکروثانیه با چرخه کاری 1%. این امکان پالس‌های کوتاه و با شدت بالا را فراهم می‌کند.
• خروجی (فوتوترانزیستور):
  • توان تلف شده کلکتور (Pc):80 میلی‌وات. این مقدار ترکیب جریان کلکتور و ولتاژ را محدود می‌کند.
  • جریان کلکتور (IC):حداکثر 20 میلی‌آمپر جریان پیوسته.
  • ولتاژ کلکتور-امیتر (BV_CEO):35 ولت. حداکثر ولتاژی که می‌توان در حالت بیس باز به ترانزیستور اعمال کرد.
  • ولتاژ امیتر-کلکتور (BV_ECO):6 ولت. حداکثر ولتاژ معکوس بین امیتر و کلکتور.
• محدوده‌های حرارتی:
  • دمای کاری (T_opr):منفی 25 تا مثبت 85 درجه سلسیوس.
  • دمای انبارداری (T_stg):منفی 40 تا مثبت 85 درجه سلسیوس.
  • دمای لحیم‌کاری پایه‌ها (T_sol):260 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانیه در فاصله 1/16 اینچ (1.6 میلی‌متر) از بدنه بسته.

2.2 مشخصات الکترواپتیکال (دمای محیط=25 درجه سلسیوس)

اینها پارامترهای کاری متداول تحت شرایط تست مشخص شده هستند.

• مشخصات ورودی (LED مادون قرمز):
  • ولتاژ مستقیم (V_F):معمولاً بین 1.2 تا 1.5 ولت در جریان I_F=20mA. این پارامتر برای طراحی مدار درایور محدودکننده جریان مهم است.
  • طول موج پیک (λ_P):940 نانومتر. این طول‌موجی است که LED مادون قرمز بیشترین توان نوری را در آن گسیل می‌کند.
• مشخصات خروجی (فوتوترانزیستور):
  • جریان تاریکی (I_CEO):حداکثر 100 نانوآمپر در ولتاژ V_CE=20V بدون نوردهی (E_e=0). این جریان نشتی است که سطح نویز حالت "خاموش" را تعریف می‌کند.
  • ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر (V_CE(sat)):حداکثر 0.4 ولت در جریان I_C=0.04mA و I_F=40mA. هنگامی که ترانزیستور به عنوان کلید استفاده می‌شود، مقدار پایین V_CE(sat)مطلوب است.
  • جریان کلکتور (I_C(ON)):در محدوده 0.04mA تا 0.9mA در ولتاژ V_CE=5V و جریان I_F=20mA قرار دارد. این پارامتر که مشخصه انتقالی است، حساسیت کوپلر را تعریف می‌کند. محدوده وسیع نشان‌دهنده آن است که این یک پارامتر حیاتی است که ممکن است دسته‌بندی (بینینگ) شود.
  • زمان صعود/سقوط (t_r/t_f):به ترتیب معمولاً 20 و 25 میکروثانیه، تحت شرایط تست مشخص (V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω). این مقادیر حداکثر فرکانس کلیدزنی دستگاه را تعیین می‌کنند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت به منحنی‌های مشخصه متداول برای هر دو فرستنده مادون قرمز و فوتوترانزیستور ارجاع می‌دهد. اگرچه نمودارهای دقیق در اینجا بازتولید نشده‌اند، اهمیت آنها توضیح داده می‌شود.

3.1 منحنی‌های فرستنده مادون قرمز

این منحنی‌ها معمولاً رابطه بین جریان مستقیم (I_F) و ولتاژ مستقیم (V_F) را در دماهای مختلف نشان می‌دهند و ضریب دمایی منفی V_F. را نمایش می‌دهند. همچنین ممکن است شدت تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم و الگوی تابش زاویه‌ای را نشان دهند که برای درک گسترش پرتو در بسته‌بندی دید جانبی حیاتی است.

3.2 منحنی‌های فوتوترانزیستور

این منحنی‌ها برای طراحی مدار ضروری هستند. آنها معمولاً شامل موارد زیر می‌شوند:

• جریان کلکتور در مقابل ولتاژ کلکتور-امیتر (I_C-V_CE):خانواده‌ای از منحنی‌ها برای سطوح مختلف تابندگی (یا جریان‌های مختلف LED مادون قرمز). این مشخصه‌های خروجی ترانزیستور را نشان می‌دهد و به تعیین خط بار کمک می‌کند.
• جریان کلکتور در مقابل تابندگی (یا I_F):این منحنی انتقالی، حساسیت را کمّی می‌کند و نشان می‌دهد که برای یک سطح نور ورودی مشخص، چه مقدار جریان خروجی تولید می‌شود.
• جریان تاریکی در مقابل دما:نشان می‌دهد که جریان نشتی چگونه با دما افزایش می‌یابد، که می‌تواند بر نسبت سیگنال به نویز در محیط‌های با دمای بالا تأثیر بگذارد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد بسته‌بندی

ITR20002 در یک بسته‌بندی استاندارد دید جانبی و سوراخ‌دار (ترو-هول) عرضه می‌شود. نقشه ابعادی در دیتاشیت، اندازه‌گیری‌های حیاتی برای چیدمان PCB و یکپارچه‌سازی مکانیکی را ارائه می‌دهد. ویژگی‌های کلیدی شامل فاصله پایه‌ها، ابعاد بدنه بسته و محل دریچه نوری است. یادداشت مشخص می‌کند که تلرانس‌ها ±0.25 میلی‌متر هستند مگر اینکه خلاف آن بر روی نقشه ابعادی ذکر شده باشد.

4.2 شناسایی قطب‌ها

برای بسته‌بندی‌های سوراخ‌دار، قطبیت معمولاً توسط شکل فیزیکی بسته (یک سطح صاف یا شکاف) یا توسط طول پایه‌ها نشان داده می‌شود. نقشه دیتاشیت باید به وضوح آند و کاتد LED مادون قرمز و کلکتور و امیتر فوتوترانزیستور را علامت‌گذاری کند. قطبیت صحیح برای عملکرد دستگاه و جلوگیری از آسیب ضروری است.

5. راهنمای کاربری و طراحی

5.1 مدار کاربری متداول

یک کاربرد پایه شامل راه‌اندازی LED مادون قرمز با یک مقاومت محدودکننده جریان متصل به یک منبع ولتاژ است. فوتوترانزیستور معمولاً در پیکربندی امیتر مشترک متصل می‌شود: کلکتور از طریق یک مقاومت بار (R_L) به یک ولتاژ تغذیه متصل می‌شود و امیتر به زمین وصل می‌شود. سیگنال خروجی از کلکتور گرفته می‌شود. مقدار R_Lبر روی نوسان ولتاژ خروجی، سرعت و مصرف جریان تأثیر می‌گذارد. یک R_Lکوچکتر، کلیدزنی سریع‌تر اما نوسان ولتاژ کوچکتری ارائه می‌دهد؛ یک R_Lبزرگتر، نوسان بزرگتر اما پاسخ کندتر می‌دهد.

5.2 ملاحظات طراحی

• ترازبندی:طراحی محور کنار هم و همگرا به این معنی است که ناحیه حس‌گری حساس در شکاف بین فرستنده و گیرنده قرار دارد. ترازبندی مکانیکی دقیق مسیر شیء برای عملکرد قابل اطمینان ضروری است.
• مصونیت در برابر نور محیط:اگرچه فیلتر 940 نانومتر در محفظه کمک می‌کند، منابع قوی مادون قرمز محیطی (نور خورشید، لامپ‌های رشته‌ای) می‌توانند فوتوترانزیستور را به اشباع ببرند. استفاده از سیگنال مادون قرمز مدوله‌شده و تشخیص همزمان می‌تواند مصونیت را به شدت بهبود بخشد.
• درایو جریان:LED مادون قرمز را در جریان توصیه‌شده I_F(مثلاً 20mA) یا کمتر از آن برای قابلیت اطمینان بلندمدت به کار ببرید. پالس‌دهی به LED در جریان بالاتر (در محدوده I_FP) می‌تواند برد حس‌گری یا قدرت سیگنال را افزایش دهد.
• رابط خروجی:خروجی فوتوترانزیستور می‌تواند مستقیماً به یک ورودی دیجیتال میکروکنترلر (با پول-آپ مناسب) یا به یک مقایسه‌گر برای تشخیص آستانه دقیق در کاربردهای آنالوگ تغذیه شود.

6. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

6.1 مشخصات برچسب

برچسب محصول حاوی چندین کد است:

• CPN:شماره قطعه مشتری.
• P/N:شماره محصول سازنده (ITR20002).
• QTY:تعداد در بسته.
• CAT / HUE / REF:اینها احتمالاً به کدهای دسته‌بندی داخلی برای پارامترهایی مانند شدت نور (CAT)، طول موج غالب (HUE) و ولتاژ مستقیم (REF) اشاره دارند.
• LOT No:شماره سریال (لوط) قابل ردیابی.

6.2 مشخصات بسته‌بندی

بسته‌بندی استاندارد 150 قطعه در هر کیسه، 5 کیسه در هر جعبه و 10 جعبه در هر کارتن است. این اطلاعات برای برنامه‌ریزی موجودی و تغذیه خط تولید حیاتی است.

7. مقایسه و جایگاه فنی

ITR20002 نمایانگر یک راه‌حل کلاسیک و مقرون‌به‌صرفه برای تشخیص شیء است. تمایزهای کلیدی آن، فرم فاکتور مکانیکی خاص دید جانبی و محور نوری همگرا است که برای تشخیص اشیاء در حال عبور از یک شکاف یا شیار خاص طراحی شده‌اند. در مقایسه با سنسورهای بازتابی، قابلیت اطمینان و ثبات بالاتری ارائه می‌دهد زیرا وابستگی کمتری به بازتابندگی شیء هدف دارد. در مقایسه با سنسورهای عبوری با فرستنده و گیرنده مقابل هم، امکان طراحی مکانیکی فشرده‌تری را فراهم می‌کند که در آن شیء پرتو را درون یک ماژول واحد قطع می‌کند. طول موج 940 نانومتر یک استاندارد رایج است که تعادل خوبی بین در دسترس بودن قطعات، هزینه و حذف نور محیط ارائه می‌دهد.

8. پرسش‌های متداول (FAQ)

8.1 فاصله یا شکاف حس‌گری معمول چقدر است؟

دیتاشیت شرایط تست I_C(ON)را به صورت "با رفلکتور در فاصله 5 میلی‌متری" مشخص می‌کند. این نشان می‌دهد دستگاه برای تشخیص در برد بسیار کوتاه، احتمالاً در محدوده چند میلی‌متر بهینه شده است. شکاف قابل استفاده واقعی به جریان درایو LED مادون قرمز، حساسیت مدار گیرنده و حاشیه سیگنال مورد نیاز بستگی دارد.

8.2 چگونه دستگاه را در برابر نوسانات الکتریکی محافظت کنم؟

برای LED مادون قرمز، معمولاً یک مقاومت سری ساده کافی است. برای فوتوترانزیستوری که در محیط‌های پرنویز کار می‌کند، در نظر بگیرید که یک خازن کوچک (مثلاً 1 تا 10 نانوفاراد) به صورت موازی بین کلکتور و امیتر اضافه کنید تا نویز فرکانس بالا فیلتر شود، با این یادآوری که این کار زمان پاسخ را کند می‌کند. برای محیط‌های صنعتی خشن، ممکن است دیودهای کلمپینگ خارجی اضافی یا دیودهای TVS روی خطوط ورودی/خروجی مورد نیاز باشد.

8.3 آیا می‌توان از این قطعه برای حس‌گری سرعت روی دیسک شیاردار دوار استفاده کرد؟

بله، این یک کاربرد متداول است. حداکثر فرکانس کلیدزنی توسط زمان‌های صعود/سقوط (معمولاً حدود 20 تا 25 میکروثانیه) محدود خواهد شد که از نظر تئوری اجازه فرکانس‌هایی تا حدود 20 کیلوهرتز را می‌دهد. در عمل، فرکانس به دلیل محدودیت‌های مدار و چرخه کاری پایین‌تر خواهد بود. اطمینان حاصل کنید که شیارها و شکاف‌های روی دیسک به اندازه کافی عریض هستند تا فوتوترانزیستور بتواند به طور کامل روشن و خاموش شود.

9. اصل عملکرد

ITR20002 بر اساس اصل قطع نور منتقل‌شده عمل می‌کند. دیود گسیلنده مادون قرمز داخلی (IRED) بایاس مستقیم می‌شود و باعث گسیل نور در طول موج پیک 940 نانومتر می‌گردد. فوتوترانزیستور سیلیکونی NPN که روی یک محور همگرا قرار گرفته، در حالت عادی و زمانی که هیچ مانعی مسیر را مسدود نکرده باشد، این تابش را دریافت می‌کند. فوتون‌های با انرژی کافی به ناحیه بیس فوتوترانزیستور برخورد کرده و جفت‌های الکترون-حفره تولید می‌کنند. این جریان نوری به عنوان جریان بیس عمل می‌کند که سپس توسط بهره جریان (بتا) ترانزیستور تقویت شده و منجر به جریان کلکتور بسیار بزرگتری می‌شود. هنگامی که یک شیء کدر در شکاف بین فرستنده و گیرنده قرار می‌گیرد، مسیر نور قطع می‌شود. جریان نوری متوقف شده و ترانزیستور خاموش می‌شود و باعث می‌شود جریان کلکتور به مقدار بسیار پایینی (جریان تاریکی) کاهش یابد. این تغییر روشن/خاموش در جریان کلکتور، یک سیگنال دیجیتال ارائه می‌دهد که نشان‌دهنده حضور یا عدم حضور یک شیء است.

10. سلب مسئولیت و یادداشت‌های قابلیت اطمینان

اطلاعات ارائه شده در این سند فنی بر اساس دیتاشیت اصلی است. سلب مسئولیت‌ها و یادداشت‌های کلیدی از سوی سازنده شامل موارد زیر است:

• مشخصات و مواد ممکن است تغییر کنند.
• محصول به مدت 12 ماه از تاریخ حمل، با مشخصات منتشر شده مطابقت دارد.
• نمودارها و مقادیر متداول فقط برای مرجع هستند و تضمین نمی‌شوند.
• عملکرد خارج از محدوده‌های مطلق حداکثر می‌تواند باعث آسیب دائمی شود.
• این محصول بدون مجوز صریح، برای کاربردهای حیاتی ایمنی، نظامی، هوایی، خودرویی، پزشکی یا پشتیبان حیات در نظر گرفته نشده است.