Scheda Tecnica ITR8102 Interruttore Ottico - Dimensioni Package 4.8x4.8x3.2mm - Tensione Diretta 1.25V - Lunghezza d'Onda Picco 940nm - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ITR8102 è un modulo interruttore ottico compatto progettato per applicazioni di rilevamento senza contatto. Integra un diodo emettitore a infrarossi (IRED) e un fototransistor al silicio allineati su assi ottici convergenti all'interno di un contenitore termoplastico nero. Questa configurazione consente al fototransistor di ricevere la radiazione dall'IRED in condizioni normali. Quando un oggetto opaco interrompe il percorso luminoso tra emettitore e rivelatore, il fototransistor cessa di condurre, permettendo il rilevamento dell'oggetto o la sensibilità di posizione.

Le caratteristiche principali includono un tempo di risposta rapido, alta sensibilità e conformità a standard ambientali come RoHS e REACH UE. Il dispositivo è costruito con materiali privi di piombo.

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

2.1 Specifiche Massime Assolute

Queste specifiche definiscono i limiti oltre i quali può verificarsi un danno permanente al dispositivo. Il funzionamento in queste condizioni non è garantito.

• Dissipazione di Potenza in Ingresso (Pd):75 mW a o sotto i 25°C di temperatura ambiente libera.
• Tensione Inversa in Ingresso (VR):Massimo 5 V.
• Corrente Diretta in Ingresso (IF):Massimo 50 mA.
• Dissipazione di Potenza del Collettore in Uscita (Pc):75 mW.
• Corrente del Collettore in Uscita (IC):Massimo 20 mA.
• Tensione Collettore-Emettitore (BVCEO):Massimo 30 V.
• Temperatura di Funzionamento (Topr):-25°C a +85°C.
• Temperatura di Conservazione (Tstg):-40°C a +85°C.
• Temperatura di Saldatura dei Terminali (Tsol):260°C per meno di 5 secondi, misurata a 3mm dal package.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a Ta=25°C e definiscono le prestazioni operative tipiche.

• Tensione Diretta (VF):Tipicamente 1.25V, con un massimo di 1.60V a IF=20mA.
• Corrente Inversa (IR):Massimo 10 μA a VR=5V.
• Lunghezza d'Onda di Picco (λP):940 nm a IF=20mA.
• Corrente di Buio (ICEO):Massimo 100 nA a VCE=20V con irradianza zero (Ee=0 mW/cm²).
• Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (VCE(sat)):Massimo 0.4V a IC=0.9mA e IF=20mA.
• Corrente del Collettore (IC(ON)):Minimo 0.9mA, valori tipici più alti, fino a un massimo di 15mA a VCE=5V e IF=20mA.
• Tempo di Salita/Discesa (tr, tf):Tipicamente 15 μsec ciascuno in condizioni di test specificate (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ).

3. Analisi delle Curve di Prestazione

3.1 Caratteristiche dell'Emettitore IR

La scheda tecnica fornisce curve tipiche per il componente emettitore a infrarossi. Lacurva Corrente Diretta vs. Tensione Direttamostra la relazione non lineare, essenziale per progettare il circuito di pilotaggio limitatore di corrente. Lacurva Corrente Diretta vs. Temperatura Ambienteillustra la necessaria derating della corrente diretta massima ammissibile all'aumentare della temperatura ambiente per prevenire il surriscaldamento. Lacurva di Distribuzione Spettraleconferma l'emissione di picco a 940nm, ottimale per abbinare la sensibilità del fototransistor e minimizzare l'interferenza della luce visibile ambientale.

3.2 Caratteristiche del Fototransistor

La curva chiave per il fototransistor è ilgrafico della Sensibilità SpettraleMostra la responsività del rivelatore su diverse lunghezze d'onda, con un picco nella regione del vicino infrarosso attorno ai 940nm. Questo preciso abbinamento spettrale con l'uscita dell'emettitore IR garantisce alta sensibilità e un buon rapporto segnale/rumore nel sistema di rilevamento.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

L'ITR8102 è alloggiato in un package laterale standard a 4 pin. Le dimensioni critiche includono una dimensione complessiva del corpo di circa 4.8mm in lunghezza, 4.8mm in altezza e 3.2mm in larghezza (esclusi i terminali). La spaziatura dei terminali è di 2.54mm (0.1 pollici). Tutte le dimensioni sono in millimetri con una tolleranza generale di ±0.3mm salvo diversa specifica. I terminali emergono dal fondo dell'involucro plastico nero, che funge da barriera ottica per prevenire il crosstalk tra emettitore e rivelatore.

4.2 Identificazione della Polarità

Il componente utilizza una configurazione pinout standard. Guardando il dispositivo frontalmente (il lato con le aperture delle lenti), i pin sono tipicamente disposti da sinistra a destra come segue: Anodo dell'IRED, Catodo dell'IRED, Emettitore del fototransistor, Collettore del fototransistor. È fondamentale consultare il diagramma del package per un'identificazione definitiva per garantire una corretta connessione del circuito.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Formatura dei Terminali

I terminali devono essere formati prima della saldatura. La piegatura deve avvenire a una distanza maggiore di 3mm dal fondo del corpo in resina epossidica per evitare crepe da stress o degrado delle prestazioni. Il telaio dei terminali deve essere tenuto saldamente durante la piegatura per evitare stress sul bulbo epossidico. Il taglio dei terminali deve essere eseguito a temperatura ambiente.

5.2 Processo di Saldatura

Le condizioni di saldatura raccomandate sono critiche per l'affidabilità.

• Saldatura Manuale:Temperatura punta saldatore massima 300°C (per un saldatore da 30W), tempo di saldatura massimo 3 secondi per terminale.
• Saldatura a Onda/Per Immersione:Temperatura di preriscaldamento massima 100°C per un massimo di 60 secondi. Temperatura del bagno di stagno massima 260°C per un tempo di permanenza massimo di 5 secondi.
• Distanza Critica:Il giunto di saldatura deve essere ad almeno 3mm dal bulbo epossidico per prevenire danni termici.
• Limite del Processo:La saldatura per immersione o manuale non deve essere eseguita più di una volta.

Viene fornito un profilo di temperatura di saldatura raccomandato, che enfatizza una rampa controllata, un plateau di temperatura di picco e una fase di raffreddamento controllata per minimizzare lo shock termico.

5.3 Pulizia e Conservazione

La pulizia a ultrasuoni è vietata poiché può danneggiare i componenti interni o la tenuta epossidica. Per la conservazione, i dispositivi devono essere mantenuti a 10-30°C e ≤70% UR per un massimo di 3 mesi dopo la spedizione. Per conservazioni più lunghe (fino a un anno), è consigliata un'atmosfera di azoto a 10-25°C e 20-60% UR. Dopo l'apertura della busta barriera all'umidità, i dispositivi devono essere utilizzati entro 24 ore o risigillati prontamente.

6. Imballaggio e Informazioni per l'Ordine

La specifica di imballaggio standard è di 100 pezzi per tubo, 20 tubi per scatola e 4 scatole per cartone, per un totale di 8000 pezzi per cartone. L'etichetta sull'imballaggio include campi per il Numero Parte Cliente (CPN), il Numero Parte Produttore (P/N), la Quantità di Imballo (QTY) e il Numero di Lotto (LOT No.) per la tracciabilità.

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

L'ITR8102 è adatto per varie applicazioni di rilevamento e commutazione senza contatto, tra cui ma non limitate a:

• Rilevamento di Posizione in Stampanti/Scanner/Fotocopiatrici:Rilevamento presenza carta, posizione del vassoio o posizione di origine della testina.
• Codifica Rotazionale:Utilizzato insieme a una ruota fessurata per misurare velocità o posizione in motori, ventole o unità floppy disk.
• Rilevamento Oggetti:Rilevamento della presenza o assenza di un oggetto in distributori automatici, automazione industriale o sistemi di sicurezza.
• Commutazione Senza Contatto:Implementazione di interruttori touchless in elettronica di consumo o elettrodomestici.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Resistore Limitante di Corrente:Un resistore esterno deve essere collegato in serie con l'anodo dell'IRED per limitare la corrente diretta (IF) al valore desiderato (es. 20mA per funzionamento tipico), calcolato in base alla tensione di alimentazione e alla tensione diretta dell'IRED (VF).
• Polarizzazione del Fototransistor:Un resistore di carico (RL) è collegato tra il collettore del fototransistor e l'alimentazione positiva. Il valore di RL determina l'escursione della tensione di uscita e la velocità di commutazione. Un valore tipico è 1kΩ.
• Immunità alla Luce Ambiente:L'involucro nero e la coppia di lunghezze d'onda abbinate a 940nm forniscono un buon rigetto della luce visibile ambientale. Per ambienti con alto IR ambientale, potrebbero essere necessarie tecniche di modulazione/demodulazione.
• Progettazione dell'Apertura e del Gap:La distanza di rilevamento e la risoluzione dipendono dalle dimensioni e dall'allineamento dell'oggetto che interrompe il fascio. L'asse ottico convergente definisce un gap di rilevamento specifico.
• Gestione del Calore:La corrente diretta deve essere sottoposta a derating a temperature ambiente più elevate secondo la curva di derating per garantire che la dissipazione di potenza in ingresso (Pd) non superi i limiti di sicurezza.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

L'ITR8102 offre un set bilanciato di specifiche per l'interruzione ottica generica. I suoi principali punti di differenziazione includono un tempo di risposta relativamente veloce di 15μs adatto per il rilevamento a media velocità, un'alta corrente di collettore minima (0.9mA) che garantisce un segnale di uscita forte e un package compatto e standard del settore. Rispetto ai sensori riflettenti, i moduli interruttori come l'ITR8102 offrono maggiore affidabilità e coerenza poiché sono immuni alle variazioni della riflettività dell'oggetto target. La configurazione affiancata con un gap fisico è ideale per rilevare oggetti che passano attraverso un piano specifico.

9. Domande Frequenti (FAQ)

9.1 Qual è la distanza o il gap di rilevamento tipico?

Il gap di rilevamento è definito dalla separazione meccanica tra le lenti dell'emettitore e del rivelatore all'interno del package. Per l'ITR8102, questo è un gap interno fisso. Il dispositivo rileva qualsiasi oggetto opaco inserito in questo gap che interrompe il fascio infrarosso. La "distanza di rilevamento" effettiva è essenzialmente zero, poiché l'oggetto deve entrare fisicamente nello slot.

9.2 Posso pilotare il LED IR direttamente con una sorgente di tensione?

No. L'IRED è un diodo con una resistenza dinamica e una caduta di tensione diretta. Collegarlo direttamente a una sorgente di tensione che supera la sua VF causerà un flusso di corrente eccessivo, potenzialmente distruggendo il dispositivo. Un resistore limitatore di corrente in serie è obbligatorio.

9.3 Come interfaccio l'uscita del fototransistor a un microcontrollore?

Il fototransistor agisce come un interruttore dipendente dalla luce. Con il resistore di carico (RL) collegato a VCC, l'uscita del collettore sarà portata bassa (vicino a VCE(sat)) quando il fascio non è bloccato (stato ON). Quando il fascio è bloccato, il transistor si spegne e l'uscita del collettore va alta (a VCC). Questo segnale digitale può essere letto direttamente da un pin di ingresso digitale di un microcontrollore. Per il rilevamento analogico dell'intensità luminosa, la tensione ai capi di RL può essere misurata con un ADC, sebbene la linearità possa essere limitata.

9.4 Perché la distanza di saldatura (3mm) è così critica?

Il package epossidico che incapsula i chip semiconduttori è sensibile allo stress termico estremo. Saldare troppo vicino al corpo può trasferire calore eccessivo, potenzialmente crepando l'epossidico, danneggiando i fili di collegamento interni o alterando le proprietà ottiche della lente, portando a guasti immediati o ridotta affidabilità a lungo termine.

10. Caso Pratico di Progettazione

Caso: Sensore di Fine Carta in una Stampante Desktop

In questa applicazione, l'ITR8102 è montato sulla scheda principale della stampante, posizionato in modo che il suo gap di rilevamento sia allineato con un percorso attraverso il quale passa la pila di carta. Una leva meccanica o un'indicatore collegato al vassoio della carta si muove nel gap del sensore quando la carta è esaurita.

Implementazione del Circuito:L'IRED è pilotato con una corrente costante di 20mA dall'alimentazione logica a 5V della stampante tramite un resistore in serie da 180Ω ((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω, valore standard 180Ω). Il collettore del fototransistor è collegato all'alimentazione 5V attraverso un resistore di pull-up da 4.7kΩ e anche a un pin GPIO sul microcontrollore della stampante.

Funzionamento:Quando la carta è presente, l'indicatore è fuori dal gap, il fascio non è interrotto, il fototransistor è ON, portando l'uscita del collettore BASSA. Il microcontrollore legge un logico '0', indicando che la carta è presente. Quando la carta finisce, l'indicatore entra nel gap, bloccando il fascio. Il fototransistor si spegne (OFF), permettendo al resistore di pull-up di portare l'uscita del collettore ALTA. Il microcontrollore legge un logico '1', attivando un avviso "Fine Carta" sull'interfaccia utente. Il tempo di risposta rapido dell'ITR8102 garantisce un rilevamento immediato.

11. Principio di Funzionamento

L'ITR8102 funziona sul principio della trasmissione e rilevamento della luce modulata. Il diodo emettitore a infrarossi (IRED) interno emette fotoni a una lunghezza d'onda di picco di 940nm quando polarizzato direttamente con una corrente appropriata. Questi fotoni viaggiano attraverso un piccolo gap d'aria all'interno dell'involucro, precisamente allineato. Il fototransistor al silicio, posizionato di fronte all'IRED, è sensibile a questa specifica lunghezza d'onda. Quando i fotoni colpiscono la regione di base del fototransistor, generano coppie elettrone-lacuna, creando effettivamente una corrente di base che accende il transistor, permettendo il flusso di una corrente di collettore molto più grande. Questa corrente di collettore è proporzionale all'intensità della luce infrarossa ricevuta. Quando un oggetto opaco entra nel gap, blocca il flusso di fotoni, la corrente di base del fototransistor scende a quasi zero (corrente di buio) e il transistor si spegne. Questo distinto stato elettrico ON/OFF in uscita corrisponde direttamente alla presenza o assenza di un oggetto nel percorso ottico.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia degli interruttori ottici continua a evolversi insieme ai progressi nell'optoelettronica e nella produzione. Le tendenze includono lo sviluppo di dispositivi con ingombri di package ancora più piccoli per abilitare la miniaturizzazione nell'elettronica di consumo e nei dispositivi indossabili. C'è anche una spinta verso velocità di commutazione più elevate per supportare la codifica dati più veloce e l'automazione industriale ad alta velocità. L'integrazione di funzionalità aggiuntive, come trigger di Schmitt integrati per il condizionamento del segnale o resistori limitatori di corrente, semplifica la progettazione del circuito. Inoltre, i miglioramenti nei materiali e nei processi di stampaggio migliorano la robustezza ambientale, consentendo il funzionamento in intervalli di temperatura e umidità più ampi per applicazioni automobilistiche e industriali. Il principio fondamentale rimane robusto, garantendo la continua rilevanza degli interruttori ottici per il rilevamento affidabile e senza contatto di posizione e oggetti.