Scheda Tecnica ITR8402-F-A Interruttore Ottico - Dimensioni 4.0x2.0x3.0mm - Tensione Diretta 1.2V - Lunghezza d'Onda Picco 940nm - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ITR8402-F-A è un modulo interruttore ottico compatto progettato per applicazioni di rilevamento a contatto zero. Integra un diodo emettitore a infrarossi (IRED) e un fototransistor al silicio allineati su un asse ottico convergente all'interno di un contenitore termoplastico nero. Il principio di funzionamento fondamentale prevede che il fototransistor riceva la radiazione infrarossa emessa dall'IRED in condizioni normali. Quando un oggetto opaco interrompe il percorso ottico tra emettitore e rivelatore, il fototransistor cessa di ricevere il segnale, consentendo il rilevamento dell'oggetto o la sensibilità di posizione.

Le caratteristiche principali di questo dispositivo includono un tempo di risposta rapido, un'elevata sensibilità e una lunghezza d'onda di emissione di picco di 940nm, 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 dei 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.

• Ingresso (IRED):La dissipazione di potenza (Pd) è di 75 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura ambiente libera. La tensione inversa massima (VR) è di 5V e la corrente diretta massima (IF) è di 50 mA.
• Uscita (Fototransistor):La dissipazione di potenza del collettore (Pd) è di 75 mW. La corrente di collettore massima (IC) è di 20 mA. La tensione collettore-emettitore (BV_CEO) è di 30V e la tensione emettitore-collettore (BV_ECO) è di 5V.
• Ambientali:L'intervallo di temperatura di funzionamento (T_opr) è da -25°C a +85°C. L'intervallo di temperatura di stoccaggio (T_stg) è da -40°C a +85°C. La temperatura di saldatura dei terminali (T_sol) non deve superare i 260°C per una durata di 5 secondi o meno, misurata a 3mm dal corpo del package.

2.2 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Questi parametri sono misurati a una temperatura ambiente (T_a) di 25°C e definiscono le prestazioni tipiche del dispositivo.

• Ingresso (IRED):La tensione diretta tipica (V_F) è di 1.2V a una corrente diretta (I_F) di 20mA, con un massimo di 1.5V. La corrente inversa (I_R) è al massimo di 10 µA a V_R=5V. La lunghezza d'onda di picco (λ_P) è di 940nm.
• Uscita (Fototransistor):La corrente al buio (I_CEO) è al massimo di 100 nA a V_CE=20V con irradianza zero. La tensione di saturazione collettore-emettitore (V_CE(sat)) è al massimo di 0.4V quando la corrente di collettore (I_C) è di 2mA sotto un'irradianza (E_e) di 1 mW/cm².
• Caratteristiche di Trasferimento:La corrente di collettore minima (I_C(ON)) è di 0.5 mA quando V_CE=5V e I_F=20mA. Il tempo di salita tipico (t_r) e il tempo di discesa (t_f) sono entrambi di 15 µs in condizioni di test di V_CE=5V, I_C=1mA e una resistenza di carico (R_L) di 1 kΩ.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fornisce le curve caratteristiche tipiche sia per l'emettitore IR che per il fototransistor. Queste curve sono essenziali per comprendere il comportamento del dispositivo in condizioni variabili.

3.1 Caratteristiche dell'Emettitore IR

Le curve illustrano la relazione tra corrente diretta e tensione diretta, cruciale per progettare il circuito di pilotaggio. Mostrano anche la derating della dissipazione di potenza del collettore all'aumentare della temperatura ambiente, vitale per la gestione termica. La curva di sensibilità spettrale conferma l'emissione di picco a 940nm.

3.2 Caratteristiche del Fototransistor

La curva di sensibilità spettrale per il fototransistor mostra la sua responsività su diverse lunghezze d'onda, con la sensibilità di picco tipicamente allineata all'output di 940nm dell'emettitore IR, garantendo un'efficienza di accoppiamento ottimale.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

L'ITR8402-F-A è alloggiato in un package compatto e standard del settore. Le dimensioni chiave includono la dimensione complessiva del corpo, la spaziatura dei terminali e il posizionamento dell'apertura ottica. Tutte le dimensioni sono specificate in millimetri con una tolleranza standard di ±0.3 mm salvo diversa indicazione. La spaziatura dei terminali è misurata nel punto in cui i terminali emergono dal corpo del package.

4.2 Identificazione della Polarità

Il componente è progettato per il montaggio through-hole. La configurazione dei pinout deve essere osservata attentamente durante il layout del PCB e l'assemblaggio per garantire la corretta connessione elettrica dell'anodo e del catodo dell'IRED e del collettore e dell'emettitore del fototransistor.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Formatura dei Terminali

Se è necessaria la formatura dei terminali, deve essere eseguitaprimadella saldatura. La piegatura deve avvenire a una distanza minima di 3mm dal fondo del package in epossidico per evitare danni da stress. I terminali devono essere fissati durante la piegatura e il package stesso non deve essere toccato o sottoposto a stress. Il taglio dei terminali deve essere effettuato a temperatura ambiente.

5.2 Processo di Saldatura

La saldatura deve essere eseguita con cura per prevenire danni termici o meccanici.

• Saldatura Manuale:Temperatura massima della punta del saldatore di 300°C (per saldatori da max 30W). Il tempo di saldatura per terminale non deve superare i 3 secondi. Mantenere una distanza minima di 3mm dal giunto di saldatura al bulbo epossidico.
• Saldatura a Onda/Immersione:Temperatura di pre-riscaldo massima di 100°C per un massimo di 60 secondi. La temperatura del bagno di saldatura non deve superare i 260°C, con un tempo di permanenza massimo di 5 secondi. Si applica anche la regola della distanza di 3mm dal bulbo epossidico.

Viene fornito un profilo di temperatura di saldatura consigliato, che enfatizza una rampa di riscaldamento controllata, un plateau di temperatura di picco definito e una fase di raffreddamento controllata. Il raffreddamento rapido non è raccomandato. La saldatura (a immersione o manuale) non deve essere eseguita più di una volta. Dopo la saldatura, il dispositivo deve essere protetto da urti meccanici fino al ritorno a temperatura ambiente.

5.3 Pulizia e Stoccaggio

È vietata la pulizia ad ultrasuoni del dispositivo assemblato poiché può causare danni interni. Per lo stoccaggio, i dispositivi devono essere conservati a 10-30°C con umidità relativa al 70% o inferiore. La durata di conservazione consigliata nella confezione di spedizione originale è di 3 mesi. Per stoccaggi più lunghi, si consiglia un'atmosfera di azoto a 10-25°C e 20-60% di UR. Una volta aperto, i dispositivi devono essere utilizzati entro 24 ore e i componenti rimanenti devono essere richiusi prontamente.

6. Imballaggio e Informazioni d'Ordine

La specifica di imballaggio standard è di 90 pezzi per tubo, 48 tubi per scatola e 4 scatole per cartone. L'etichetta sull'imballaggio include campi per il Numero Parte Cliente (CPN), Numero Parte (P/N), Quantità di Imballo (QTY), Categoria (CAT), Riferimento (REF) e Numero di Lotto (LOT No).

7. Suggerimenti Applicativi

7.1 Scenari Applicativi Tipici

L'ITR8402-F-A è ben adatto a varie applicazioni di rilevamento e commutazione a contatto zero, tra cui ma non limitate a: sensibilità di posizione in mouse per computer e fotocopiatrici, rilevamento carta in scanner e unità floppy disk, rilevamento bordi in stampanti e rilevamento oggetti generico. Il suo package through-hole lo rende adatto al montaggio diretto su scheda in un'ampia gamma di elettronica di consumo e industriale.

7.2 Considerazioni di Progettazione

Quando si progetta con questo interruttore ottico, diversi fattori sono critici:

• Progettazione del Circuito:Una resistenza limitatrice di corrente è obbligatoria per l'IRED per operare entro la sua corrente diretta specificata (I_F). L'uscita del fototransistor tipicamente richiede una resistenza di pull-up per definire il livello logico alto quando il fascio è ininterrotto.
• Integrazione Meccanica:I fori del PCB devono allinearsi precisamente con i terminali del componente per evitare stress di montaggio. Lo slot tra emettitore e rivelatore deve essere mantenuto libero da ostruzioni e contaminazioni.
• Gestione Termica:La dissipazione di potenza sia dell'IRED che del fototransistor deve essere considerata, specialmente in ambienti ad alta temperatura. Fare riferimento alle curve di derating per una guida.
• Immunità alla Luce Ambientale:Sebbene la lunghezza d'onda di 940nm e il contenitore forniscano una certa immunità, progettare il sistema per operare in un ambiente luminoso controllato o utilizzare segnali IR modulati può migliorare l'affidabilità in condizioni difficili.

8. Confronto e Differenziazione Tecnica

L'ITR8402-F-A offre un equilibrio tra velocità, sensibilità e dimensioni. Il suo tempo di risposta rapido di 15µs lo rende adatto per applicazioni che richiedono rilevamento veloce, come negli encoder o nel conteggio ad alta velocità. L'alta sensibilità consente un funzionamento affidabile anche con correnti di pilotaggio inferiori o in ambienti polverosi. Il design ad asse convergente affiancato in un package standard fornisce una soluzione economica per molte esigenze di rilevamento comuni rispetto a sensori più specializzati o riflettenti.

9. Domande Frequenti (FAQ)

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

La scheda tecnica non specifica un gap di rilevamento massimo. Questo parametro dipende fortemente dalla corrente applicata all'IRED, dalla sensibilità del fototransistor specifico, dall'escursione del segnale di uscita richiesta e dalle caratteristiche dell'oggetto interruttore (opacità, dimensione). Viene determinato empiricamente per ogni applicazione.

9.2 Posso utilizzare questo sensore alla luce del sole?

La luce solare diretta contiene una significativa radiazione infrarossa e può saturare il fototransistor, causando un funzionamento inaffidabile. Per applicazioni all'aperto o con luce ambientale elevata, si consiglia vivamente l'uso di schermature aggiuntive, filtri ottici o l'utilizzo di un segnale IR modulato con rilevamento sincrono.

9.3 Perché il tempo di salita/discesa è specificato con un carico di 1kΩ?

La velocità di commutazione di un fototransistor è influenzata dalla costante di tempo RC formata dalla sua capacità di giunzione e dalla resistenza di carico. Specificarlo con un carico standard (1 kΩ) consente un confronto coerente tra dispositivi. L'uso di una diversa resistenza di carico altererà i tempi di salita e discesa effettivi.

10. Casi Pratici di Progettazione e Utilizzo

10.1 Caso di Studio: Rilevamento Inceppamento Carta in una Stampante

In questa applicazione, più sensori ITR8402-F-A sono posizionati lungo il percorso della carta. Il fascio IR è normalmente interrotto dalla presenza della carta. Un inceppamento della carta viene rilevato quando il fascio rimane ininterrotto (fototransistor ON) per più del tempo di transito previsto tra due sensori, o quando diventa interrotto (fototransistor OFF) in un sensore dove la carta non dovrebbe essere presente. Il tempo di risposta rapido garantisce un rilevamento tempestivo, prevenendo danni.

10.2 Caso di Studio: Encoder Rotativo per Controllo Velocità Motore

Un disco con fessure fissato all'albero di un motore ruota tra l'emettitore e il rivelatore dell'ITR8402-F-A. Quando le fessure passano attraverso il fascio, generano un'uscita impulsata dal fototransistor. La frequenza di questi impulsi è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione del motore. Il tempo di risposta di 15µs consente una misurazione accurata della velocità anche ad alti RPM.

11. Principio di Funzionamento

Un interruttore ottico, o fotointerruttore, è un componente autonomo che combina una sorgente di luce infrarossa e un fotorivelatore in un unico package, posti uno di fronte all'altro attraverso un gap fisico. L'IRED è polarizzato direttamente per emettere luce infrarossa invisibile. Il fototransistor, posizionato di fronte, agisce come un interruttore controllato dalla luce. La sua resistenza collettore-emettitore è molto alta (è \"OFF\") quando nessuna luce lo colpisce (la corrente al buio è minima). Quando la luce IR colpisce la sua regione di base, vengono generate coppie elettrone-lacuna, polarizzando efficacemente il transistor e permettendo il flusso di una significativa corrente di collettore, accendendolo (\"ON\"). Un oggetto posto nel gap blocca la luce, spegnendo il fototransistor. Questo segnale digitale ON/OFF viene utilizzato per il rilevamento.

12. Tendenze Tecnologiche

La tecnologia di base degli interruttori ottici è matura, ma le tendenze si concentrano sulla miniaturizzazione (package SMD più piccoli), velocità più elevate per applicazioni di trasmissione dati e l'integrazione di circuiti aggiuntivi (come trigger di Schmitt o amplificatori) all'interno del package per fornire un segnale di uscita digitale più pulito e migliorare l'immunità al rumore. C'è anche una tendenza verso correnti operative più basse per dispositivi IoT alimentati a batteria. Il principio fondamentale del rilevamento di luce modulata per il rifiuto della luce ambientale rimane un'area chiave di sviluppo per applicazioni industriali e automotive robuste.