Scheda Tecnica ITR20001/T Interruttore Ottico - Package 4.0x4.0x2.5mm - Tensione Diretta 1.2V - Lunghezza d'Onda Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ITR20001/T è un modulo interruttore ottico riflettente progettato per applicazioni di rilevamento senza contatto. Integra un diodo emettitore a infrarossi e un fototransistor al silicio NPN all'interno di un unico contenitore compatto in termoplastica nera. I componenti sono posizionati affiancati su assi ottici convergenti. Nello stato di default, il fototransistor non riceve radiazione dall'emettitore. Quando un oggetto riflettente entra nel gap di rilevamento, la luce infrarossa dall'emettitore si riflette sull'oggetto e viene rilevata dal fototransistor, causando un cambiamento nel suo stato di uscita. Questo principio consente un rilevamento affidabile di oggetti e di posizione.

2. Caratteristiche Principali e Conformità

Il dispositivo offre diversi vantaggi per la progettazione elettronica:

• Tempo di Risposta Rapido:Consente un rilevamento veloce adatto per applicazioni ad alta velocità.
• Alta Sensibilità:Il fototransistor fornisce un segnale di uscita forte rispetto all'irradianza in ingresso.
• Funzionamento a Infrarossi:Presenta una lunghezza d'onda di emissione di picco (λp) di 940nm, invisibile all'occhio umano, riducendo le interferenze della luce ambientale.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è privo di piombo, conforme alle normative RoHS e REACH dell'UE, ed è privo di alogeni (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. Selezione e Costruzione del Dispositivo

Il modulo è costruito con materiali specifici per prestazioni ottimali:

• Emettitore Infrarosso (IR):Utilizza un chip GaAlAs (Arseniuro di Gallio e Alluminio), alloggiato dietro una lente trasparente per un'efficiente trasmissione dell'infrarosso.
• Fototransistor (PT):Utilizza un chip di Silicio, alloggiato dietro una lente nera per filtrare la luce visibile e migliorare il rapporto segnale/rumore.

Il contenitore nero minimizza le riflessioni luminose interne (diafonia) tra emettitore e rivelatore quando non è presente alcun oggetto, garantendo uno stato di spegnimento affidabile.

4. Valori Massimi Assoluti

L'utilizzo del dispositivo oltre questi limiti può causare danni permanenti. Tutti i valori sono specificati a una temperatura ambiente (Ta) di 25°C.

4.1 Specifiche di Ingresso (Emettitore Infrarosso)

• Dissipazione di Potenza (Pd):75 mW
• Tensione Inversa (VR):5 V
• Corrente Diretta Continua (IF):50 mA
• Corrente Diretta di Picco (IFP):1 A (Larghezza impulso ≤100μs, Ciclo di lavoro=1%)

4.2 Specifiche di Uscita (Fototransistor)

• Dissipazione di Potenza del Collettore (Pd):75 mW
• Corrente del Collettore (IC):20 mA
• Tensione Collettore-Emettitore (BV_CEO):30 V
• Tensione Emettitore-Collettore (BV_ECO):5 V

4.3 Specifiche Generali

• Temperatura di Esercizio (T_opr):-40°C a +85°C
• Temperatura di Magazzinaggio (T_stg):-40°C a +85°C
• Temperatura di Saldatura dei Terminali (T_sol):260°C per 5 secondi (misurata a 1/16 di pollice dal corpo del package).

5. Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri definiscono le prestazioni elettriche e ottiche in condizioni di test standard (Ta=25°C).

5.1 Caratteristiche dell'Emettitore Infrarosso (Ingresso)

• Tensione Diretta (V_F):1.2 V (Tipico) a I_F= 20mA. Massimo 1.5V.
• Corrente Inversa (I_R):Massimo 10 μA a V_R= 5V.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):940 nm (Tipico) a I_F= 20mA.

5.2 Caratteristiche del Fototransistor (Uscita)

• Corrente di Buio (I_CEO):Massimo 100 nA a V_CE= 5V con irradianza zero (E_e=0). Questa è la corrente di dispersione quando il sensore è spento.
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(sat)):Massimo 0.4 V a I_C= 2mA e un'irradianza di 1 mW/cm². Un basso V_CE(sat)è desiderabile per applicazioni di commutazione.
• Corrente del Collettore (Rapporto di Trasferimento):
  • I_C(ON): Minimo 200 μA a V_CE= 5V e I_F= 20mA. Questa è la corrente quando viene rilevato un oggetto.
  • I_C(OFF): Massimo 2 μA nelle stesse condizioni, rappresenta la corrente residua quando non è presente alcun oggetto.
• Velocità di Commutazione:
  • Tempo di Salita (t_r): 25 μs (Tipico)
  • Tempo di Discesa (t_f): 25 μs (Tipico) Misurati con V_CE=5V, I_C=100μA, e R_L=100Ω.

6. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce dati grafici che illustrano il comportamento del dispositivo in varie condizioni.

6.1 Curve dell'Emettitore Infrarosso

• Corrente Diretta vs. Temperatura Ambiente:Mostra la derating della corrente diretta massima ammissibile all'aumentare della temperatura.
• Sensibilità Spettrale:Conferma la banda di emissione stretta centrata attorno ai 940nm.
• Lunghezza d'Onda di Picco vs. Temperatura:Illustra il leggero spostamento della lunghezza d'onda di picco con il cambiamento di temperatura.
• Corrente Diretta vs. Tensione Diretta (Curva IV):Fornisce la relazione per calcolare i valori della resistenza in serie.
• Intensità Radiante vs. Corrente Diretta:Mostra la potenza ottica in uscita in funzione della corrente di pilotaggio.
• Intensità Radiante Relativa vs. Spostamento Angolare:Raffigura il pattern di emissione (profilo del fascio) del LED IR.

6.2 Curve del Fototransistor

• Dissipazione di Potenza del Collettore vs. Temperatura Ambiente:Fornisce linee guida di derating per la gestione della potenza del fototransistor.
• Sensibilità Spettrale:Mostra la responsività del fototransistor attraverso le lunghezze d'onda, con un picco nella regione infrarossa per abbinare l'emettitore.
• Corrente del Collettore Relativa vs. Temperatura Ambiente:Indica come cambia la sensibilità del fototransistor con la temperatura.
• Corrente del Collettore vs. Irradianza:Un grafico chiave che mostra la relazione lineare tra la potenza luminosa incidente e la corrente di uscita, definendo la caratteristica di trasferimento del dispositivo.
• Corrente di Buio del Collettore vs. Temperatura Ambiente:Mostra come la corrente di dispersione aumenta con la temperatura, importante per il funzionamento ad alta temperatura.
• Corrente del Collettore vs. Tensione Collettore-Emettitore:Curve caratteristiche di uscita che mostrano il fototransistor operante nelle sue regioni attiva e di saturazione sotto diversi livelli di irradianza.

7. Informazioni Meccaniche e sul Package

L'ITR20001/T è alloggiato in un package compatto, compatibile con il montaggio superficiale (SMD).

7.1 Dimensioni del Package

Le dimensioni chiave dal disegno fornito sono approssimativamente 4.0mm di lunghezza, 4.0mm di larghezza e 2.5mm di altezza (esclusi i terminali). La spaziatura dei terminali è progettata per il montaggio standard su PCB. Una nota critica specifica un'area minima di evaporazione dell'alluminio di 10.0mm, probabilmente riferita a una zona di esclusione consigliata o a una caratteristica di dissipazione del calore sul PCB. Tutte le tolleranze non specificate sono ±0.25mm.

7.2 Identificazione della Polarità

Il package include segni o una forma specifica per identificare l'anodo e il catodo dell'emettitore IR e il collettore e l'emettitore del fototransistor. I progettisti devono consultare il disegno dimensionale per informazioni precise sul pinout per garantire un layout e un assemblaggio PCB corretti.

8. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il dispositivo è classificato per la saldatura dei terminali a 260°C per 5 secondi, misurata a 1/16 di pollice (circa 1.6mm) dal corpo del package. Ciò è compatibile con i processi standard di saldatura a rifusione a infrarossi (IR) o a convezione utilizzando pasta saldante senza piombo (Sn-Ag-Cu). Occorre prestare attenzione nel seguire il profilo di rifusione consigliato per evitare shock termici o danni al contenitore plastico. Il dispositivo deve essere conservato in un ambiente asciutto e controllato prima dell'uso.

9. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La specifica di imballaggio standard è la seguente:

• 200 pezzi per busta.
• 6 buste per scatola.
• 10 scatole per cartone.

L'etichetta del prodotto include campi per il Numero di Parte del Cliente (CPN), il Numero di Parte del Produttore (P/N), la Quantità (QTY) e vari codici di classificazione per l'intensità luminosa (CAT), la lunghezza d'onda dominante (HUE) e la tensione diretta (REF). Vengono forniti anche un Numero di Lotto e un codice data (identificato da 'X' per il mese) per la tracciabilità.

10. Suggerimenti per l'Applicazione

10.1 Scenari Applicativi Tipici

L'ITR20001/T è ben adatto per una varietà di applicazioni di rilevamento e commutazione senza contatto, tra cui:

• Meccanismi per Mouse e Fotocopiatrici:Rilevamento della rotazione di ruote o dischi encoder.
• Sistemi di Interruttori e Scanner:Rilevamento della presenza di oggetti per porte automatiche, distributori automatici o rilevamento carta nelle stampanti.
• Unità Floppy Disk:Storicamente utilizzato per rilevare la linguetta di protezione dalla scrittura o l'inserimento del disco.
• Commutazione Generale Senza Contatto:Qualsiasi applicazione che richieda rilevamento, conteggio o sensori di finecorsa senza contatto fisico.
• Montaggio Diretto su Scheda:Il suo package SMD compatto lo rende ideale per progetti PCB con spazio limitato.

10.2 Considerazioni di Progettazione

• Resistenza di Limitazione della Corrente:Una resistenza in serie deve essere utilizzata con l'emettitore IR per limitare la corrente diretta (I_F) a un valore sicuro, tipicamente 20mA per il funzionamento normale. Calcolare usando R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Resistenza di Carico:Una resistenza di pull-up è tipicamente collegata tra il collettore del fototransistor e la tensione di alimentazione (V_CC). Il valore di questa resistenza (R_L) determina l'escursione della tensione di uscita e la velocità di commutazione. Una R_Lpiù piccola fornisce una commutazione più veloce ma una minore variazione della tensione di uscita.
• Luce Ambientale:Sebbene la lente nera e il filtraggio a 940nm riducano le interferenze, sorgenti di infrarossi ambientali molto forti (es. luce solare, lampadine a incandescenza) possono influenzare le prestazioni. Schermature o filtri ottici possono essere necessari in ambienti ostili.
• Superficie Riflettente:La distanza di rilevamento e l'affidabilità dipendono dalla riflettività dell'oggetto bersaglio. Le superfici bianche o metalliche forniscono la migliore risposta; le superfici scure o opache possono richiedere distanze di gap ridotte.
• Allineamento:Gli assi ottici convergenti definiscono un gap di rilevamento specifico. L'oggetto deve passare all'interno di questo gap per un rilevamento affidabile.

11. Confronto Tecnico e Vantaggi

Rispetto agli interruttori meccanici o ad altri sensori ottici, l'ITR20001/T offre benefici distinti:

• vs. Interruttori Meccanici:Fornisce un funzionamento senza contatto, eliminando usura e strappi, consentendo velocità di commutazione più elevate e offrendo un funzionamento silenzioso. È immune al rimbalzo dei contatti.
• vs. Sensori Basati su Fotodiodi:Il fototransistor integrato fornisce un guadagno di corrente, risultando in una corrente di uscita più alta per un dato ingresso luminoso, spesso eliminando la necessità di uno stadio amplificatore aggiuntivo in semplici circuiti di rilevamento on/off.
• vs. Coppie Emettitore-Rivelatore Discrete:Il modulo pre-allineato e alloggiato semplifica la progettazione e l'assemblaggio, garantisce un allineamento ottico coerente e risparmia spazio sulla scheda. Il contenitore nero integrato minimizza la diafonia interna.

12. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è la distanza di rilevamento tipica?

R: La distanza di rilevamento non è un parametro fisso; dipende dalla corrente di pilotaggio dell'emettitore IR, dalla riflettività dell'oggetto bersaglio e dalla corrente di uscita richiesta dal fototransistor. I progettisti dovrebbero utilizzare il grafico "Corrente del Collettore vs. Irradianza" e il grafico "Intensità Radiante vs. Corrente Diretta" per calcolare il segnale atteso per un gap e una riflettività specifici.

D: Posso pilotare l'emettitore IR direttamente con una sorgente di tensione?

R: No. L'emettitore IR è un diodo e deve avere la sua corrente limitata da una resistenza in serie esterna per prevenire danni da sovracorrente, come specificato dai Valori Massimi Assoluti (I_Fmax = 50mA).

D: Come interfaccio l'uscita a un microcontrollore?

R: Il metodo più semplice è utilizzare il fototransistor come interruttore. Collegare una resistenza di pull-up (es. 10kΩ) dal collettore alla tensione logica del microcontrollore (es. 3.3V o 5V). Collegare l'emettitore a massa. Il nodo del collettore sarà portato alto (logica 1) quando non viene rilevato alcun oggetto (buio) e sarà portato basso (logica 0) quando un oggetto riflette la luce sul fototransistor, accendendolo.

D: Perché il tempo di risposta è specificato con una resistenza di carico da 100Ω?

R: La velocità di commutazione è influenzata dalla costante di tempo RC formata dalla capacità di giunzione del fototransistor e dalla resistenza di carico (R_L). Una R_Lpiù piccola (come 100Ω) dà una costante di tempo più veloce, permettendo la misura della velocità intrinseca del dispositivo. In un'applicazione reale con una R_Lpiù grande per una maggiore escursione di tensione, la velocità di commutazione sarà più lenta.

13. Principio di Funzionamento

L'ITR20001/T opera sul principio della riflessione della luce modulata. Il LED infrarosso interno emette luce a 940nm. Il fototransistor, sensibile a questa lunghezza d'onda, è posizionato in modo da non "vedere" direttamente il fascio luminoso del LED in condizioni normali (nessun oggetto presente). La sua uscita rimane in uno stato ad alta impedenza/bassa corrente (corrente di buio). Quando un oggetto riflettente entra nel gap predefinito tra emettitore e rivelatore, riflette una porzione della luce infrarossa sull'area attiva del fototransistor. Questa luce incidente genera una corrente di base nel fototransistor, facendolo accendere e condurre una corrente di collettore significativamente più alta (I_C(ON)). Questo cambiamento di corrente/tensione sui pin di uscita viene rilevato dal circuito esterno, segnalando la presenza dell'oggetto.

14. Esclusione di Responsabilità e Note d'Uso

Le critiche esclusioni di responsabilità della scheda tecnica devono essere osservate:

• Il produttore si riserva il diritto di modificare i materiali del prodotto.
• Il prodotto soddisfa le specifiche pubblicate per 12 mesi dalla data di spedizione.
• Grafici e valori tipici sono solo a scopo di riferimento e non sono garantiti.
• I Valori Massimi Assoluti non devono essere superati. Il produttore non si assume alcuna responsabilità per danni derivanti da un uso improprio.
• Il prodotto non è destinato all'uso in applicazioni critiche per la sicurezza, militari, aeronautiche, automobilistiche, mediche o di sostegno vitale senza preventiva consultazione e approvazione.