ITR8102 ऑप्टो इंटरप्टर डेटाशीट - पैकेज आयाम 4.8x4.8x3.2mm - फॉरवर्ड वोल्टेज 1.25V - पीक वेवलेंथ 940nm - अंग्रेजी तकनीकी दस्तावेज़

1. उत्पाद अवलोकन

ITR8102 एक कॉम्पैक्ट ऑप्टो इंटरप्टर मॉड्यूल है जो नॉन-कॉन्टैक्ट सेंसिंग अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक इन्फ्रारेड एमिटिंग डायोड (IRED) और एक सिलिकॉन फोटोट्रांजिस्टर को एक काली थर्मोप्लास्टिक आवास के भीतर अभिसारी ऑप्टिकल अक्षों पर संरेखित करके एकीकृत करता है। यह विन्यास फोटोट्रांजिस्टर को सामान्य परिस्थितियों में IRED से विकिरण प्राप्त करने की अनुमति देता है। जब एक अपारदर्शी वस्तु एमिटर और डिटेक्टर के बीच के प्रकाश पथ को अवरुद्ध करती है, तो फोटोट्रांजिस्टर चालन बंद कर देता है, जिससे वस्तु का पता लगाना या स्थिति संवेदन सक्षम होता है।

मुख्य विशेषताओं में तीव्र प्रतिक्रिया समय, उच्च संवेदनशीलता और RoHS और EU REACH जैसे पर्यावरणीय मानकों का अनुपालन शामिल है। यह उपकरण सीसा-मुक्त सामग्रियों का उपयोग करके निर्मित है।

2. तकनीकी पैरामीटर गहन विश्लेषण

2.1 पूर्ण अधिकतम रेटिंग्स

ये रेटिंग्स उन सीमाओं को परिभाषित करती हैं जिनके परे डिवाइस को स्थायी क्षति हो सकती है। इन स्थितियों में संचालन की गारंटी नहीं है।

• Input Power Dissipation (Pd): 75 mW at or below 25°C free air temperature.
• Input Reverse Voltage (VR): 5 V maximum.
• Input Forward Current (IF): अधिकतम 50 mA.
• आउटपुट कलेक्टर पावर डिसिपेशन (Pc): 75 mW.
• आउटपुट कलेक्टर करंट (IC): अधिकतम 20 mA.
• कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज (BVCEO): अधिकतम 30 V.
• कार्यशील तापमान (Topr): -25°C से +85°C.
• भंडारण तापमान (Tstg): -40°C से +85°C.
• लीड सोल्डरिंग तापमान (Tsol): 260°C, 5 सेकंड से कम समय के लिए, पैकेज से 3mm की दूरी पर मापा गया।

2.2 इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल विशेषताएँ

ये मापदंड Ta=25°C पर मापे गए हैं और विशिष्ट संचालन प्रदर्शन को परिभाषित करते हैं।

• Forward Voltage (VF): आमतौर पर 1.25V, IF=20mA पर अधिकतम 1.60V।
• Reverse Current (IR): VR=5V पर अधिकतम 10 μA।
• शिखर तरंगदैर्ध्य (λP): 940 nm at IF=20mA.
• डार्क करंट (ICEO): शून्य विकिरण (Ee=0 mW/cm²) पर VCE=20V पर अधिकतम 100 nA।
• कलेक्टर-एमिटर संतृप्ति वोल्टेज (VCE(sat)): IC=0.9mA और IF=20mA पर अधिकतम 0.4V।
• कलेक्टर करंट (IC(ON)): न्यूनतम 0.9mA, सामान्य मान अधिक, VCE=5V और IF=20mA पर अधिकतम 15mA तक।
• उदय/पतन समय (tr, tf): निर्दिष्ट परीक्षण स्थितियों (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ) के तहत आमतौर पर प्रत्येक 15 μsec।

3. प्रदर्शन वक्र विश्लेषण

3.1 IR Emitter Characteristics

The datasheet provides typical curves for the infrared emitter component. The Forward Current vs. Forward Voltage curve shows the non-linear relationship, essential for designing the current-limiting driver circuit. The Forward Current vs. Ambient Temperature वक्र अधिकतम अनुमेय अग्र धारा में आवश्यक कमी को दर्शाता है क्योंकि परिवेश का तापमान बढ़ता है, ताकि अत्यधिक गर्म होने से रोका जा सके। स्पेक्ट्रम वितरण वक्र 940nm पर शिखर उत्सर्जन की पुष्टि करता है, जो फोटोट्रांजिस्टर की संवेदनशीलता से मेल खाने और परिवेशी दृश्य प्रकाश से हस्तक्षेप को कम करने के लिए इष्टतम है।

3.2 Phototransistor Characteristics

फोटोट्रांजिस्टर के लिए मुख्य वक्र है स्पेक्ट्रल संवेदनशीलता प्लॉट। यह विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर डिटेक्टर की प्रतिसादशीलता दर्शाता है, जो लगभग 940nm के निकट-अवरक्त क्षेत्र में चरम पर होती है। IR एमिटर के आउटपुट के साथ यह सटीक स्पेक्ट्रल मिलान संवेदन प्रणाली में उच्च संवेदनशीलता और सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात सुनिश्चित करता है।

4. यांत्रिक और पैकेज सूचना

4.1 पैकेज आयाम

ITR8102 एक मानक 4-पिन साइड-लुकिंग पैकेज में रखा गया है। महत्वपूर्ण आयामों में लगभग 4.8 मिमी लंबाई, 4.8 मिमी ऊंचाई और 3.2 मिमी चौड़ाई (लीड को छोड़कर) का समग्र बॉडी आकार शामिल है। लीड स्पेसिंग 2.54 मिमी (0.1 इंच) है। जब तक अन्यथा निर्दिष्ट न हो, सभी आयाम मिलीमीटर में हैं जिनकी सामान्य सहनशीलता ±0.3 मिमी है। लीड काले प्लास्टिक आवास के नीचे से निकलती हैं, जो एमिटर और डिटेक्टर के बीच क्रॉसटॉक को रोकने के लिए एक ऑप्टिकल बैरियर के रूप में कार्य करता है।

4.2 ध्रुवीयता पहचान

घटक एक मानक पिनआउट कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करता है। डिवाइस को सामने से (लेंस खुलने वाली तरफ) देखने पर, पिन आमतौर पर बाएं से दाएं इस प्रकार व्यवस्थित होते हैं: IRED का एनोड, IRED का कैथोड, फोटोट्रांजिस्टर का एमिटर, फोटोट्रांजिस्टर का कलेक्टर। सही सर्किट कनेक्शन सुनिश्चित करने के लिए निश्चित पहचान के लिए पैकेज आरेख से परामर्श करना महत्वपूर्ण है।

5. Soldering and Assembly Guidelines

5.1 Lead Forming

लीड्स को सोल्डरिंग से पहले आकार दिया जाना चाहिए। तनाव-प्रेरित दरारों या प्रदर्शन गिरावट से बचने के लिए, एपॉक्सी पैकेज बॉडी के नीचे से 3 मिमी से अधिक की दूरी पर झुकना चाहिए। लीड फ्रेम को एपॉक्सी बल्ब पर तनाव रोकने के लिए झुकने के दौरान मजबूती से पकड़ा जाना चाहिए। लीड्स की कटिंग कमरे के तापमान पर की जानी चाहिए।

5.2 सोल्डरिंग प्रक्रिया

विश्वसनीयता के लिए अनुशंसित सोल्डरिंग स्थितियाँ महत्वपूर्ण हैं।

• Hand Soldering: Iron tip temperature maximum 300°C (for a 30W iron), soldering time maximum 3 seconds per lead.
• Wave/DIP Soldering: अधिकतम 100°C तक प्रीहीट तापमान 60 सेकंड तक। अधिकतम 260°C तक सोल्डर बाथ तापमान अधिकतम 5 सेकंड के निवास समय के लिए।
• क्रिटिकल डिस्टेंस: थर्मल क्षति को रोकने के लिए सोल्डर जोड़ एपॉक्सी बल्ब से कम से कम 3mm दूर होना चाहिए।
• प्रोसेस लिमिट: डिप या हाथ से सोल्डरिंग एक से अधिक बार नहीं की जानी चाहिए।

एक अनुशंसित सोल्डरिंग तापमान प्रोफ़ाइल प्रदान की गई है, जो थर्मल शॉक को कम करने के लिए नियंत्रित रैंप-अप, एक पीक तापमान पठार और एक नियंत्रित कूलडाउन चरण पर जोर देती है।

5.3 सफाई और भंडारण

अल्ट्रासोनिक सफाई निषिद्ध है क्योंकि यह आंतरिक घटकों या एपॉक्सी सील को क्षति पहुंचा सकती है। भंडारण के लिए, शिपमेंट के बाद डिवाइसों को 10-30°C और ≤70% RH पर 3 महीने तक रखा जाना चाहिए। लंबे समय तक भंडारण (एक वर्ष तक) के लिए, 10-25°C और 20-60% RH पर नाइट्रोजन वातावरण की सिफारिश की जाती है। नमी अवरोध बैग खोलने के बाद, डिवाइसों का उपयोग 24 घंटे के भीतर कर लेना चाहिए या तुरंत पुनः सील कर देना चाहिए।

6. पैकेजिंग और आर्डर संबंधी जानकारी

मानक पैकिंग विशिष्टता प्रति ट्यूब 100 टुकड़े, प्रति बॉक्स 20 ट्यूब और प्रति कार्टन 4 बॉक्स है, जिससे प्रति कार्टन कुल 8000 टुकड़े होते हैं। पैकेजिंग पर लेबल में ट्रेसबिलिटी के लिए ग्राहक पार्ट नंबर (CPN), निर्माता पार्ट नंबर (P/N), पैकिंग मात्रा (QTY) और लॉट नंबर (LOT No.) के फ़ील्ड शामिल हैं।

7. अनुप्रयोग सुझाव

7.1 विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य

ITR8102 विभिन्न गैर-संपर्क संवेदन और स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जिनमें शामिल हैं लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं:

• प्रिंटर/स्कैनर/कॉपियर में स्थिति संवेदन: कागज की उपस्थिति, ट्रे की स्थिति, या कैरिज होम पोजीशन का पता लगाना।
• रोटरी एन्कोडिंग: मोटर्स, पंखों, या फ्लॉपी डिस्क ड्राइव में गति या स्थिति मापने के लिए स्लॉटेड व्हील के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है।
• ऑब्जेक्ट डिटेक्शन: वेंडिंग मशीनों, औद्योगिक स्वचालन, या सुरक्षा प्रणालियों में किसी वस्तु की उपस्थिति या अनुपस्थिति का पता लगाना।
• Non-contact Switching: उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स या उपकरणों में स्पर्शहीन स्विच लागू करना।

7.2 Design Considerations

• करंट लिमिटिंग रेसिस्टर: आईआरईडी एनोड के साथ श्रृंखला में एक बाहरी रेसिस्टर जोड़ा जाना चाहिए ताकि फॉरवर्ड करंट (IF) को वांछित मान (जैसे, सामान्य संचालन के लिए 20mA) तक सीमित किया जा सके, जिसकी गणना आपूर्ति वोल्टेज और आईआरईडी के फॉरवर्ड वोल्टेज (VF) के आधार पर की जाती है।
• फोटोट्रांजिस्टर बायसिंग: एक लोड रेसिस्टर (RL) फोटोट्रांजिस्टर के कलेक्टर और सकारात्मक आपूर्ति के बीच जुड़ा होता है। RL का मान आउटपुट वोल्टेज स्विंग और स्विचिंग गति निर्धारित करता है। एक सामान्य मान 1kΩ है।
• परिवेश प्रकाश प्रतिरक्षा: काला आवास और 940nm मिलान तरंगदैर्ध्य युग्म परिवेशी दृश्य प्रकाश का अच्छा निराकरण प्रदान करते हैं। उच्च परिवेशी IR वातावरण के लिए, मॉड्यूलेशन/डिमॉड्यूलेशन तकनीकों की आवश्यकता हो सकती है।
• एपर्चर और गैप डिज़ाइन: संवेदन दूरी और रिज़ॉल्यूशन बीम को अवरुद्ध करने वाली वस्तु के आकार और संरेखण पर निर्भर करते हैं। अभिसारी प्रकाशीय अक्ष एक विशिष्ट संवेदन अंतराल को परिभाषित करता है।
• ऊष्मा प्रबंधन: उच्च परिवेशी तापमान पर फॉरवर्ड करंट को डीरेटिंग वक्र के अनुसार डीरेट किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि इनपुट पावर डिसिपेशन (Pd) सुरक्षित सीमा से अधिक न हो।

8. Technical Comparison and Differentiation

ITR8102 सामान्य-उद्देश्य ऑप्टो-इंटरप्शन के लिए विनिर्देशों का एक संतुलित सेट प्रदान करता है। इसके प्रमुख विभेदकों में मध्यम-गति सेंसिंग के लिए उपयुक्त अपेक्षाकृत तेज़ 15μs प्रतिक्रिया समय, एक मजबूत आउटपुट सिग्नल सुनिश्चित करने वाली उच्च न्यूनतम कलेक्टर करंट (0.9mA), और एक कॉम्पैक्ट, उद्योग-मानक पैकेज शामिल हैं। रिफ्लेक्टिव सेंसरों की तुलना में, ITR8102 जैसे इंटरप्टर मॉड्यूल उच्च विश्वसनीयता और स्थिरता प्रदान करते हैं क्योंकि वे लक्ष्य वस्तु की परावर्तकता में भिन्नता से प्रभावित नहीं होते हैं। एक भौतिक अंतराल के साथ साइड-बाय-साइड कॉन्फ़िगरेशन किसी विशिष्ट तल से गुजरने वाली वस्तुओं का पता लगाने के लिए आदर्श है।

9. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQs)

9.1 सामान्य संवेदन दूरी या अंतर क्या है?

संवेदन अंतर पैकेज के अंदर एमिटर और डिटेक्टर लेंसों के बीच यांत्रिक पृथक्करण द्वारा परिभाषित किया जाता है। ITR8102 के लिए, यह एक निश्चित, आंतरिक अंतर है। डिवाइस किसी भी अपारदर्शी वस्तु का पता लगाता है जो इस अंतर में डाली जाती है और अवरक्त किरण को बाधित करती है। प्रभावी "संवेदन दूरी" अनिवार्य रूप से शून्य है, क्योंकि वस्तु को भौतिक रूप से स्लॉट में प्रवेश करना होगा।

9.2 क्या मैं IRED को सीधे वोल्टेज स्रोत से चला सकता हूँ?

नहीं। IRED एक डायोड है जिसमें गतिशील प्रतिरोध और एक अग्र वोल्टेज ड्रॉप होता है। इसे सीधे उसके VF से अधिक वोल्टेज वाले स्रोत से जोड़ने पर अत्यधिक धारा प्रवाहित होगी, जिससे डिवाइस क्षतिग्रस्त हो सकता है। एक श्रृंखला में करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर अनिवार्य है।

9.3 मैं फोटोट्रांजिस्टर के आउटपुट को माइक्रोकंट्रोलर से कैसे जोड़ूं?

फोटोट्रांजिस्टर एक प्रकाश-निर्भर स्विच की तरह कार्य करता है। लोड रोकनेवाला (RL) को VCC से जोड़ने पर, जब बीम अवरुद्ध नहीं होता (ON अवस्था), तो कलेक्टर आउटपुट निम्न (VCE(sat) के निकट) हो जाएगा। जब बीम अवरुद्ध हो जाता है, तो ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है और कलेक्टर आउटपुट उच्च (VCC तक) हो जाता है। इस डिजिटल सिग्नल को माइक्रोकंट्रोलर के डिजिटल इनपुट पिन द्वारा सीधे पढ़ा जा सकता है। प्रकाश तीव्रता के एनालॉग संवेदन के लिए, RL के पार वोल्टेज को ADC से मापा जा सकता है, हालांकि रैखिकता सीमित हो सकती है।

9.4 सोल्डरिंग दूरी (3mm) इतनी महत्वपूर्ण क्यों है?

सेमीकंडक्टर चिप्स को एनकैप्सुलेट करने वाला एपॉक्सी पैकेज अत्यधिक थर्मल स्ट्रेस के प्रति संवेदनशील है। बॉडी के बहुत करीब वेल्डिंग करने से अत्यधिक गर्मी स्थानांतरित हो सकती है, जिससे संभावित रूप से एपॉक्सी में दरार पड़ सकती है, अंदर के वायर बॉन्ड क्षतिग्रस्त हो सकते हैं, या लेंस के ऑप्टिकल गुण बदल सकते हैं, जिससे तत्काल विफलता या दीर्घकालिक विश्वसनीयता में कमी आ सकती है।

10. व्यावहारिक डिज़ाइन केस

केस: डेस्कटॉप प्रिंटर में पेपर-आउट सेंसर

इस एप्लिकेशन में, ITR8102 को प्रिंटर के मेन बोर्ड पर लगाया जाता है, इस प्रकार स्थित किया जाता है कि इसका सेंसिंग गैप उस पथ के साथ संरेखित हो जहाँ से कागज़ का ढेर गुजरता है। पेपर ट्रे से जुड़ा एक यांत्रिक लीवर या फ्लैग, जब कागज़ खत्म हो जाता है, तो सेंसर के गैप में चला जाता है।

सर्किट कार्यान्वयन: IRED को प्रिंटर के 5V लॉजिक सप्लाई से 180Ω श्रृंखला रोकनेवाला ((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω, मानक मान 180Ω) के माध्यम से निरंतर 20mA धारा से संचालित किया जाता है। फोटोट्रांजिस्टर का कलेक्टर 4.7kΩ पुल-अप रोकनेवाला के माध्यम से 5V सप्लाई से जुड़ा होता है और प्रिंटर के माइक्रोकंट्रोलर पर एक GPIO पिन से भी जुड़ा होता है।

संचालन: जब कागज मौजूद होता है, तो फ्लैग गैप से बाहर होता है, बीम अबाधित रहता है, फोटोट्रांजिस्टर ऑन होता है, जिससे कलेक्टर आउटपुट लो हो जाता है। माइक्रोकंट्रोलर एक लॉजिक '0' पढ़ता है, जो इंगित करता है कि कागज मौजूद है। जब कागज खत्म हो जाता है, तो फ्लैग गैप में प्रवेश करता है, बीम को अवरुद्ध कर देता है। फोटोट्रांजिस्टर ऑफ हो जाता है, जिससे पुल-अप रेसिस्टर कलेक्टर आउटपुट को हाई पर ले आता है। माइक्रोकंट्रोलर एक लॉजिक '1' पढ़ता है, जो यूजर इंटरफेस पर "पेपर आउट" अलर्ट ट्रिगर करता है। ITR8102 का त्वरित प्रतिक्रिया समय तत्काल पहचान सुनिश्चित करता है।

11. Operating Principle

ITR8102 मॉड्यूलेटेड लाइट ट्रांसमिशन और डिटेक्शन के सिद्धांत पर कार्य करता है। आंतरिक इन्फ्रारेड लाइट-एमिटिंग डायोड (IRED) उपयुक्त करंट के साथ फॉरवर्ड बायस्ड होने पर 940nm की पीक वेवलेंथ पर फोटॉन उत्सर्जित करता है। ये फोटॉन हाउजिंग के भीतर एक छोटे, सटीक रूप से संरेखित एयर गैप के पार यात्रा करते हैं। सिलिकॉन फोटोट्रांजिस्टर, जो IRED के विपरीत स्थित होता है, इस विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के प्रति संवेदनशील होता है। जब फोटॉन फोटोट्रांजिस्टर के बेस क्षेत्र से टकराते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉन-होल पेयर्स उत्पन्न करते हैं, प्रभावी रूप से एक बेस करंट बनाते हैं जो ट्रांजिस्टर को चालू कर देता है, जिससे बहुत बड़ा कलेक्टर करंट प्रवाहित होने लगता है। यह कलेक्टर करंट प्राप्त इन्फ्रारेड प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है। जब कोई अपारदर्शी वस्तु गैप में प्रवेश करती है, तो यह फोटॉन फ्लक्स को अवरुद्ध कर देती है, फोटोट्रांजिस्टर का बेस करंट लगभग शून्य (डार्क करंट) तक गिर जाता है, और ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है। आउटपुट पर यह विशिष्ट ऑन/ऑफ विद्युत अवस्था सीधे ऑप्टिकल पथ में वस्तु की उपस्थिति या अनुपस्थिति से संबंधित होती है।

12. Technology Trends

ऑप्टो इंटरप्टर प्रौद्योगिकी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और विनिर्माण में प्रगति के साथ विकसित होना जारी है। रुझानों में उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और वियरेबल्स में लघुकरण को सक्षम करने के लिए और भी छोटे पैकेज फुटप्रिंट वाले उपकरणों का विकास शामिल है। तेज डेटा एन्कोडिंग और उच्च-गति औद्योगिक स्वचालन का समर्थन करने के लिए उच्च स्विचिंग गति की ओर भी धक्का दिया जा रहा है। अतिरिक्त कार्यक्षमता का एकीकरण, जैसे सिग्नल कंडीशनिंग के लिए अंतर्निहित श्मिट ट्रिगर या करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर्स, सर्किट डिजाइन को सरल बनाता है। इसके अलावा, मोल्डिंग सामग्री और प्रक्रियाओं में सुधार पर्यावरणीय मजबूती को बढ़ाते हैं, जिससे ऑटोमोटिव और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए व्यापक तापमान और आर्द्रता सीमा में संचालन की अनुमति मिलती है। मौलिक सिद्धांत मजबूत बना हुआ है, जो विश्वसनीय, संपर्क-रहित स्थिति और वस्तु पहचान के लिए ऑप्टो इंटरप्टर्स की निरंतर प्रासंगिकता सुनिश्चित करता है।