Scheda Tecnica ITR8104 Interruttore Ottico - Infrarosso 940nm - 5V/20mA - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ITR8104 è un modulo interruttore ottico compatto progettato per applicazioni di rilevamento e commutazione non a contatto. Integra un diodo emettitore a infrarossi e un fototransistor NPN al silicio all'interno di un unico contenitore termoplastico nero. I componenti sono disposti affiancati su assi ottici convergenti. Nello stato normale, il fototransistor riceve la radiazione infrarossa emessa dal LED. Quando un oggetto opaco interrompe il percorso luminoso tra emettitore e rivelatore, il fototransistor cessa di condurre, fornendo un chiaro segnale di commutazione.

I vantaggi principali di questo dispositivo includono un tempo di risposta rapido, un'elevata sensibilità e una lunghezza d'onda di picco di emissione di 940nm, che è al di fuori dello spettro visibile per minimizzare le interferenze della luce ambientale. Il dispositivo è realizzato con materiali privi di piombo e conforme alle normative ambientali pertinenti come RoHS e REACH UE.

2. Approfondimento delle Specifiche Tecniche

2.1 Valori Massimi Assoluti

L'operazione del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti.

• Ingresso (LED IR):
  • Dissipazione di Potenza (Pd): 75 mW (a o sotto 25°C)
  • Tensione Inversa (VR): 5 V
  • Corrente Diretta (IF): 50 mA
• Uscita (Fototransistor):
  • Dissipazione di Potenza del Collettore (Pc): 75 mW
  • Corrente del Collettore (IC): 20 mA
  • Tensione Collettore-Emettitore (BV_CEO): 30 V
  • Tensione Emettitore-Collettore (BV_ECO): 5 V
• Termici:
  • Temperatura Operativa (T_opr): -25°C a +85°C
  • Temperatura di Conservazione (T_stg): -40°C a +85°C
  • Temperatura di Saldatura dei Terminali (T_sol): 260°C per ≤5 secondi (misurata a 3mm dal package)

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche (T_a=25°C)

Questi parametri definiscono le prestazioni del dispositivo in condizioni operative tipiche.

• Caratteristiche di Ingresso (LED IR):
  • Tensione Diretta (V_F): 1.2V (Tipica), 1.6V (Massima) a I_F=20mA
  • Corrente Inversa (I_R): 10 μA (Massima) a V_R=5V
  • Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P): 940 nm (Tipica) a I_F=20mA
• Caratteristiche di Uscita (Fototransistor):
  • Corrente al Buio (I_CEO): 100 nA (Massima) a V_CE=20V, E_e=0mW/cm²
  • Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(sat)): 0.4V (Massima) a I_C=0.5mA, I_F=20mA
  • Corrente del Collettore (I_C(ON)): 0.5 mA (Minima) a V_CE=5V, I_F=20mA
  • Tempo di Salita (t_r): 20 μs (Tipica) a V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ
  • Tempo di Discesa (t_f): 20 μs (Tipica) a V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce diverse curve caratteristiche essenziali per i progettisti.

3.1 Caratteristiche del LED IR

I grafici illustrano la relazione tra corrente diretta e temperatura ambiente, mostrando la necessaria derating a temperature più elevate per rimanere entro i limiti di potenza. La curva di sensibilità spettrale conferma l'emissione di picco a 940nm. Un altro grafico mostra la variazione minore della lunghezza d'onda di picco con la temperatura ambiente, tipicamente trascurabile per la maggior parte delle applicazioni.

3.2 Caratteristiche del Fototransistor

I grafici chiave includono la relazione tra corrente del collettore e corrente diretta (caratteristiche di trasferimento) a varie temperature, evidenziando la sensibilità del dispositivo. Il grafico della dissipazione di potenza del collettore rispetto alla temperatura ambiente è cruciale per la gestione termica, indicando come la potenza massima consentita diminuisca all'aumentare della temperatura ambiente.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

L'ITR8104 è fornito in un package standard a foro passante. Le dimensioni critiche includono la spaziatura dei terminali, la larghezza del corpo e l'altezza complessiva. Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.3mm salvo diversa specifica. La spaziatura dei terminali è misurata nel punto in cui i terminali emergono dal corpo del package in plastica.

4.2 Identificazione della Polarità e Montaggio

Il dispositivo ha un pinout standard: anodo e catodo del LED IR, e collettore ed emettitore del fototransistor. L'involucro è tipicamente marcato o sagomato per indicare il pin 1. Durante il montaggio su PCB, i fori devono essere allineati con precisione con le posizioni dei terminali per evitare di imporre stress meccanico sul corpo in epossidico, che potrebbe degradare le prestazioni o causare guasti.

5. Linee Guida per la Saldatura e l'Assemblaggio

5.1 Formatura dei Terminali

• La piegatura deve essere eseguita a una distanza maggiore di 3mm dalla base del corpo in resina epossidica.
• La formatura dei terminali deve essere completataprimadel processo di saldatura.
• Il lead frame deve essere tenuto saldamente durante la piegatura per prevenire stress sul package.
• Il taglio dei terminali deve essere effettuato a temperatura ambiente.

5.2 Raccomandazioni per la Saldatura

Per prevenire danni termici, mantenere una distanza minima di 3mm tra il giunto di saldatura e il bulbo epossidico.

• Saldatura Manuale:Temperatura punta saldatore: 300°C Max. (30W Max.). Tempo di saldatura: 3 secondi Max. per terminale.
• Saldatura a Onda/Immersione:Temperatura di preriscaldamento: 100°C Max. (60 sec Max.). Temperatura bagno di saldatura: 260°C Max. Tempo di immersione: 5 secondi Max.
• Evitare il raffreddamento rapido dopo la saldatura. Consentire al dispositivo di tornare gradualmente a temperatura ambiente.
• La saldatura a immersione o manuale non deve essere eseguita più di una volta.

5.3 Profilo di Saldatura Consigliato

Il profilo suggerisce un preriscaldamento graduale, un tempo controllato sopra il liquidus (tipicamente 260°C) e una velocità di raffreddamento controllata per minimizzare lo shock termico al componente.

6. Conservazione e Manipolazione

• Conservazione Iniziale (dopo la spedizione):10–30°C, ≤70% UR per un massimo di 3 mesi.
• Conservazione a Lungo Termine (oltre 3 mesi):10–25°C, 20–60% UR in un contenitore sigillato con atmosfera di azoto per un massimo di un anno.
• Dopo l'Apertura della Confezione:Conservare a 10–25°C, 20–60% UR. Utilizzare entro 24 ore o il prima possibile. Rispedire prontamente i dispositivi non utilizzati.
• Evitare rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti ad alta umidità per prevenire la condensa.
• Pulizia:La pulizia ad ultrasuoninonè raccomandata per questo dispositivo.

7. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

7.1 Specifiche di Imballaggio

L'imballaggio standard è: 100 pezzi per tubo, 20 tubi per scatola e 4 scatole per cartone.

7.2 Informazioni sull'Etichetta

L'etichetta del prodotto include campi per: Numero Prodotto Cliente (CPN), Numero Prodotto (P/N), Quantità Imballata (QTY), Rango Intensità Luminosa (CAT), Rango Lunghezza d'Onda Dominante (HUE), Rango Tensione Diretta (REF), Numero di Lotto (LOT No.) e un codice data/mese (X).

8. Suggerimenti Applicativi

8.1 Scenari Applicativi Tipici

• Rilevamento Posizione/Velocità:Nei mouse per computer, fotocopiatrici e unità floppy disk per rilevare rotazione o movimento lineare.
• Commutazione Non a Contatto:Rilevamento oggetti in distributori automatici, sistemi di sicurezza e automazione industriale.
• Rilevamento Bordo:In stampanti e scanner per rilevare la presenza di carta o i bordi del supporto.
• Montaggio Diretto su Scheda:Adatto per applicazioni PCB a foro passante dove è richiesta una commutazione affidabile e isolata.

8.2 Considerazioni di Progettazione

• Limitazione di Corrente:Utilizzare sempre una resistenza in serie con il LED IR per limitare la corrente diretta (I_F) al valore desiderato, tipicamente 20mA o meno per affidabilità a lungo termine.
• Resistenza di Carico:Una resistenza di pull-up è tipicamente collegata tra il collettore del fototransistor e la tensione di alimentazione (V_CC). Il suo valore (es. 1kΩ) influisce sull'escursione della tensione di uscita e sulla velocità di commutazione.
• Luce Ambientale:Sebbene il filtro a 940nm aiuti, progettare una barriera fisica o un involucro per schermare il sensore da sorgenti IR ambientali dirette (come luce solare o lampadine a incandescenza) migliora l'affidabilità.
• Tempo di Risposta:Per applicazioni ad alta velocità, considerare il tipico tempo di salita/discesa di 20μs e assicurarsi che il circuito di pilotaggio possa gestirlo.
• Gestione Termica:Rispettare le curve di derating della potenza, specialmente in ambienti ad alta temperatura.

9. Confronto e Differenziazione Tecnica

L'ITR8104 offre un insieme bilanciato di caratteristiche. La sua lunghezza d'onda di 940nm fornisce una buona immunità al rumore della luce visibile. Il design affiancato ad assi convergenti offre un gap di rilevamento ben definito, rendendolo adatto per il rilevamento bordi e il posizionamento preciso degli oggetti. Il rapido tempo di risposta di 20μs ne consente l'uso in applicazioni di conteggio o codifica a velocità moderata. Il package a foro passante fornisce un attacco meccanico robusto per applicazioni soggette a vibrazioni. Rispetto ai sensori riflettenti, gli interruttori ottici forniscono un segnale on/off più definitivo poiché non sono influenzati dalla riflettività dell'oggetto target.

10. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

10.1 Qual è la corrente operativa tipica per il LED IR?

Le caratteristiche elettro-ottiche sono specificate a I_F= 20mA, che è un punto operativo comune e affidabile. Può essere pilotato fino al massimo assoluto di 50mA per un'uscita maggiore, ma ciò richiede un'attenta gestione termica e può ridurre l'affidabilità a lungo termine.

10.2 Quanto è sensibile il fototransistor?

Il parametro chiave è I_C(ON), garantito essere almeno 0.5mA quando il LED IR è pilotato con 20mA e V_CE=5V. Questo fornisce un segnale solido per interfacce di commutazione digitale con una resistenza di pull-up adeguata.

10.3 Posso usarlo per rilevare oggetti trasparenti?

No. L'ITR8104 è progettato per rilevare oggetti opachi che interrompono completamente il fascio infrarosso. Materiali trasparenti o traslucidi potrebbero lasciar passare abbastanza luce IR, impedendo al fototransistor di spegnersi completamente.

10.4 Qual è la distanza consigliata tra emettitore e rivelatore per un oggetto?

La scheda tecnica non specifica una distanza massima. La distanza efficace è determinata dall'allineamento e dall'intensità del LED IR. Per un funzionamento affidabile, l'oggetto dovrebbe occupare completamente il percorso ottico convergente tra i due elementi. La distanza di rilevamento tipica è di pochi millimetri, definita dall'involucro meccanico.

11. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Rilevamento Inceppamento Carta in una Stampante
Un ITR8104 è montato attraverso il percorso della carta. Un pin di un microcontrollore pilota il LED IR attraverso una resistenza da 150Ω (limitando I_Fa ~20mA a 3.3V). Il collettore del fototransistor è collegato al pin di ingresso digitale del microcontrollore tramite una resistenza di pull-up da 4.7kΩ a 3.3V. Nello stato "carta presente", la carta blocca il fascio, il fototransistor è spento e il pin di ingresso legge HIGH tramite il pull-up. Quando il percorso della carta è libero, la luce IR raggiunge il fototransistor, accendendolo e portando il pin di ingresso a LOW. Il microcontrollore monitora questo pin. Uno stato HIGH persistente quando è attesa carta indica un inceppamento o un'alimentazione errata. Il rapido tempo di risposta garantisce che l'inceppamento venga rilevato rapidamente e la lunghezza d'onda di 940nm previene falsi trigger dall'illuminazione ambientale.

12. Principio di Funzionamento

L'ITR8104 opera sul principio del rilevamento di luce modulata. Un LED a infrarossi emette fotoni a una lunghezza d'onda di 940nm. Un fototransistor al silicio, posizionato di fronte al LED, funge da ricevitore. Quando fotoni di energia sufficiente colpiscono la regione di base del fototransistor, generano coppie elettrone-lacuna. Questa corrente fotogenerata agisce come corrente di base, causando la conduzione di una corrente di collettore molto maggiore (effetto fotoelettrico combinato con l'amplificazione del transistor). La presenza di un oggetto opaco nel percorso luminoso impedisce ai fotoni di raggiungere il fototransistor, eliminando la corrente di base e spegnendo il transistor. Ciò crea un segnale di uscita digitale correlato alla presenza o assenza dell'oggetto.

13. Tendenze Tecnologiche

Gli interruttori ottici rimangono componenti fondamentali nei sistemi elettromeccanici. Le tendenze attuali si concentrano sulla miniaturizzazione (package SMD più piccoli), l'integrazione di circuiti aggiuntivi di condizionamento del segnale (come trigger di Schmitt o amplificatori) all'interno del package per fornire un'uscita digitale più pulita e una maggiore resistenza ai contaminanti ambientali. C'è anche una tendenza verso varianti a velocità più elevata per applicazioni di codifica avanzate. Il principio di base dell'interruzione ottica rimane robusto grazie al suo isolamento elettrico, alla natura non a contatto e all'affidabilità rispetto agli interruttori puramente meccanici.