Scheda Tecnica ITR9707 Interruttore Ottico - Dimensioni 7.0x4.0x3.0mm - Tensione Diretta 1.2V - Lunghezza d'Onda di Picco 940nm - Documentazione Tecnica in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ITR9707 è un modulo interruttore ottico compatto, noto anche come interruttore fotoelettrico o sensore a fessura. Integra un diodo emettitore a infrarossi (IRED) e un fototransistor al silicio all'interno di un unico contenitore termoplastico nero. I componenti sono posizionati fianco a fianco su assi ottici convergenti. Il principio operativo fondamentale si basa sull'interruzione di un fascio di luce infrarossa. Nello stato normale, il fototransistor riceve la radiazione emessa dal LED IR co-locato. Quando un oggetto opaco attraversa la fessura tra l'emettitore e il rilevatore, il percorso della luce viene bloccato, causando un cambiamento di stato nell'output del fototransistor. Ciò fornisce un metodo affidabile e senza contatto per rilevare la presenza, l'assenza o la posizione di un oggetto.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Tempo di Risposta Rapido:Consente il rilevamento di eventi ad alta velocità con tempi di salita e discesa tipici di 15 microsecondi.
• Alta Sensibilità:Il fototransistor al silicio fornisce una forte risposta elettrica all'illuminazione infrarossa.
• Lunghezza d'Onda Specifica:Utilizza un LED IR con una lunghezza d'onda di emissione di picco (λp) di 940nm, al di fuori dello spettro visibile, riducendo le interferenze della luce ambientale.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è privo di piombo, conforme alla direttiva RoHS e aderisce alle normative UE REACH.

1.2 Applicazioni Target

Questo dispositivo è progettato per una varietà di applicazioni di rilevamento e commutazione senza contatto, tra cui ma non limitate a: rilevamento di posizione in mouse per computer e fotocopiatrici, rilevamento del bordo in scanner e unità floppy disk, commutazione senza contatto generica e montaggio diretto su scheda in vari assemblaggi elettronici.

2. Specifiche Tecniche e Interpretazione Approfondita

2.1 Valori Massimi Assoluti

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

• Ingresso (LED IR):La corrente diretta continua massima (IF) è di 50 mA. La tensione inversa massima (VR) è di 5 V. La dissipazione di potenza (Pd) è di 75 mW a o al di sotto di 25°C di temperatura dell'aria libera.
• Uscita (Fototransistor):La corrente di collettore massima (IC) è di 20 mA. La tensione di breakdown collettore-emettitore (BVCEO) è di 30 V. La dissipazione di potenza (Pd) è di 75 mW.
• Termico:L'intervallo di temperatura operativa (Topr) è da -25°C a +85°C. L'intervallo di temperatura di stoccaggio (Tstg) è da -40°C a +85°C.
• Saldatura:La temperatura di saldatura dei terminali (Tsol) 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 sono i parametri di prestazione tipici misurati a Ta=25°C, che definiscono il comportamento operativo del dispositivo.

• Caratteristiche di Ingresso:La tensione diretta (VF) del LED IR è tipicamente di 1.2V con una corrente di pilotaggio (IF) di 20mA, con un massimo di 1.5V. La corrente inversa (IR) è al massimo di 10 µA a VR=5V.
• Caratteristiche di Uscita:La corrente di buio del collettore (ICEO), ovvero la corrente di dispersione senza illuminazione, è al massimo di 100 nA a VCE=20V. La tensione di saturazione collettore-emettitore (VCE(sat)) è al massimo di 0.4V quando il fototransistor è portato in saturazione (IC=2mA, Ee=1mW/cm²).
• Caratteristiche di Trasferimento:Questo definisce la relazione tra ingresso e uscita. La corrente di collettore in stato ON (IC(on)) è garantita essere almeno 0.5mA quando il LED IR è pilotato con IF=20mA e il fototransistor è polarizzato con VCE=5V. Questo parametro, noto come rapporto di trasferimento di corrente (CTR), è cruciale per progettare il circuito di interfaccia.
• Risposta Dinamica:Sia il tempo di salita (tr) che il tempo di discesa (tf) sono tipicamente di 15 µs in condizioni di test specificate (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ). Questo determina la frequenza di commutazione massima.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

3.1 Caratteristiche del LED IR

La scheda tecnica fornisce curve tipiche per il componente emettitore a infrarossi. Ilgrafico Corrente Diretta vs. Temperatura Ambientemostra come la corrente diretta massima ammissibile si riduca all'aumentare della temperatura ambiente oltre i 25°C, aspetto critico per la gestione termica. Lacurva Corrente Diretta vs. Tensione Direttaillustra la caratteristica IV del diodo, essenziale per selezionare la resistenza limitatrice di corrente. Ilgrafico della Sensibilità Spettraleconferma l'emissione di picco a 940nm e l'ampiezza della banda di emissione.

3.2 Caratteristiche del Fototransistor

Lacurva di Sensibilità Spettraleper il fototransistor mostra la sua responsività attraverso diverse lunghezze d'onda. Ha un picco nella regione del vicino infrarosso, corrispondendo strettamente all'output a 940nm del LED IR abbinato. Questo accoppiamento spettrale massimizza la sensibilità e minimizza la risposta a fonti di luce ambientale indesiderate.

4. Informazioni Meccaniche e sul Package

4.1 Dimensioni del Package

L'ITR9707 è alloggiato in un package standard e compatto. Le dimensioni chiave includono una larghezza totale del corpo di circa 7.0mm, un'altezza di 4.0mm e una profondità di 3.0mm. La larghezza del gap della fessura, che determina la dimensione dell'oggetto rilevabile, è una dimensione critica. La spaziatura dei terminali è standardizzata per il montaggio su PCB a fori passanti. Tutte le tolleranze dimensionali sono tipicamente ±0.3mm salvo diversa specifica.

4.2 Identificazione della Polarità e Montaggio

Il componente ha uno schema pin standard in cui l'anodo e il catodo del LED IR sono su un lato, e l'emettitore e il collettore del fototransistor sull'altro. L'involucro nero e le lunghezze specifiche dei terminali o le marcature sul package indicano tipicamente l'orientamento. La polarità corretta deve essere osservata durante il layout del PCB e l'assemblaggio.

5. Linee Guida per Saldatura e Assemblaggio

5.1 Precauzioni per la Formatura dei Terminali

Se i terminali devono essere piegati per il montaggio, l'operazione deve essere eseguitaprimadella saldatura. La piegatura deve avvenire non più vicino di 3mm dalla base del corpo del package in epossidico per evitare di trasmettere stress che potrebbero incrinare l'involucro o danneggiare il die interno. I terminali devono essere fissati durante la piegatura e l'operazione deve essere eseguita a temperatura ambiente.

5.2 Parametri di Saldatura Consigliati

• Saldatura Manuale:La temperatura della punta del saldatore non deve superare i 300°C (per un saldatore da 30W max). Il tempo di saldatura per terminale deve essere di 3 secondi o meno. La giunzione saldata deve essere ad almeno 3mm di distanza dal bulbo epossidico.
• Saldatura a Onda/Per Immersione:La temperatura di preriscaldamento deve essere al massimo 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 nell'onda di 5 secondi o meno. Ancora una volta, mantenere una distanza minima di 3mm dal package.

Si raccomanda un profilo di temperatura di saldatura, enfatizzando una rampa controllata, un plateau di temperatura di picco e un raffreddamento controllato per prevenire shock termici.

5.3 Manipolazione Post-Saldatura

Evitare di applicare stress meccanici o vibrazioni al dispositivo mentre è ancora caldo per la saldatura. Lasciarlo raffreddare naturalmente a temperatura ambiente. La saldatura a immersione o manuale non deve essere ripetuta più di una volta. La pulizia ad ultrasuoni non è raccomandata per questo dispositivo.

6. Stoccaggio e Manipolazione

Per lo stoccaggio a lungo termine che supera la durata di conservazione standard di 3 mesi dalla spedizione, i dispositivi devono essere conservati in un contenitore sigillato con atmosfera di azoto a 10°C~25°C e umidità relativa del 20%~60%. Dopo l'apertura della confezione sensibile all'umidità, i componenti devono essere utilizzati entro 24 ore o il prima possibile. I rapidi cambiamenti di temperatura in ambienti ad alta umidità devono essere evitati per prevenire la condensa, che può portare a corrosione o altri danni durante la successiva saldatura.

7. Confezionamento e Informazioni d'Ordine

La configurazione di confezionamento standard è di 78 pezzi per tubo. Quarantadue tubi sono confezionati in una scatola, e quattro scatole sono confezionate in un cartone master. L'etichetta sulla confezione include campi per il Numero Parte Cliente (CPN), il Numero Parte Produttore (P/N), la quantità (QTY), i designatori di riferimento (REF) e il Numero di Lotto (LOT No) per la tracciabilità.

8. Considerazioni di Progettazione Applicativa

8.1 Configurazione del Circuito Tipica

Un tipico circuito applicativo prevede una resistenza limitatrice di corrente in serie con l'anodo del LED IR. Il valore è calcolato in base alla tensione di alimentazione (Vcc), alla tensione diretta del LED (VF ~1.2V) e alla corrente diretta desiderata (IF, es. 20mA). Il fototransistor è comunemente utilizzato in modalità interruttore, collegato come dispositivo pull-down con il suo collettore a Vcc (attraverso una resistenza di pull-up se necessario) e il suo emettitore a massa. La tensione al nodo del collettore sarà bassa quando il fascio non è interrotto (transistor ON) e alta quando il fascio è bloccato (transistor OFF).

8.2 Fattori di Progettazione

• Rilevamento Oggetti:Il dispositivo rileva oggetti opachi che interrompono completamente il fascio infrarosso all'interno della fessura. Materiali riflettenti o traslucidi potrebbero non innescare un cambiamento di stato affidabile.
• Immunità alla Luce Ambientale:La lunghezza d'onda di 940nm e la risposta spettrale abbinata offrono un buon rigetto della comune luce ambientale visibile. Tuttavia, fonti forti di luce infrarossa (es. luce solare, lampade ad incandescenza) possono potenzialmente causare interferenze e potrebbero richiedere schermature ottiche o tecniche di modulazione/demodulazione per applicazioni critiche.
• Velocità di Risposta:Il tempo di risposta di 15 µs consente il rilevamento di oggetti in movimento a velocità relativamente elevate, adatto per encoder e sensori di velocità.
• Allineamento:L'ottica convergente integrata semplifica l'allineamento, ma il PCB deve essere progettato in modo che i terminali si inseriscano senza stress e la fessura deve rimanere libera da ostruzioni.

9. Confronto Tecnico e Posizionamento

L'ITR9707 rappresenta una soluzione standard ed economica per il montaggio a fori passanti. I suoi principali fattori di differenziazione sono la sua specifica lunghezza d'onda di 940nm, che è uno standard industriale comune, e la sua costruzione robusta. Rispetto ai sensori riflettenti, gli interruttori ottici forniscono un rilevamento più affidabile e consistente in quanto sono meno sensibili alle variazioni della riflettività della superficie del bersaglio. Rispetto ai moderni dispositivi a montaggio superficiale, il package a fori passanti offre robustezza meccanica in applicazioni soggette a vibrazioni o dove viene utilizzato l'assemblaggio manuale.

10. Domande Frequenti (FAQ)

D: Qual è la distanza operativa tipica o il gap?

R: Il "gap" operativo è la fessura fisica all'interno del package stesso. Il dispositivo rileva qualsiasi oggetto opaco che entra e blocca questa fessura interna. Non è utilizzato per rilevare oggetti a distanza al di fuori del package.

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

R: No. Un LED è un dispositivo pilotato in corrente. Una resistenza limitatrice di corrente in serie è obbligatoria per prevenire una corrente eccessiva che distruggerebbe il LED, anche se la tensione di alimentazione sembra bassa.

D: Come interpreto il valore minimo di IC(on) di 0.5mA?

R: Questa è la corrente di uscita minima garantita quando l'ingresso è pilotato in condizioni di test standard (IF=20mA, VCE=5V). Il tuo progetto di circuito dovrebbe funzionare correttamente anche se il dispositivo reale è a questa specifica minima, garantendo robustezza rispetto alle variazioni di produzione.

D: Questo sensore è immune alla luce solare?

R: Sebbene il filtro a 940nm aiuti, la luce solare diretta contiene una quantità significativa di radiazione infrarossa e può saturare il sensore. Per uso esterno o in ambienti interni molto luminosi, si raccomanda un'ulteriore schermatura ottica o filtraggio elettronico (es. luce modulata).

11. Esempi di Applicazioni Pratiche

Esempio 1: Rilevamento Inceppamento Carta in una Stampante.L'interruttore ottico è montato in modo che una linguetta di carta o la carta stessa passi attraverso la sua fessura. Quando la carta è presente, il fascio è bloccato e il fototransistor è spento. Un inceppamento della carta o una condizione di carta esaurita (nessun blocco) fa sì che il transistor si accenda, segnalando al microcontrollore.

Esempio 2: Encoder Rotativo per Velocità del Motore.Un disco con fessure fissato all'albero di un motore ruota tra i bracci dell'interruttore ottico. Mentre ogni fessura passa attraverso, il fascio viene alternativamente interrotto e lasciato passare, generando un treno di impulsi ad onda quadra. La frequenza di questo segnale è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione del motore.

12. Principio Operativo

L'ITR9707 opera sul principio dell'interruzione della luce trasmessa. Un fascio di luce infrarossa è generato dal LED GaAlAs. Questo fascio attraversa un piccolo gap d'aria all'interno dell'involucro del dispositivo ed è focalizzato sull'area sensibile del fototransistor NPN al silicio. Il fototransistor agisce come una sorgente di corrente; i fotoni incidenti generano coppie elettrone-lacuna nella sua regione di base, inducendo una corrente di base che viene poi amplificata dal guadagno del transistor, risultando in una corrente di collettore molto più grande. Quando un oggetto blocca il fascio, il flusso di fotoni scende a zero, la corrente di base cessa e la corrente di collettore scende al suo livello molto basso di corrente di buio. Questo brusco cambiamento nella corrente di uscita è utilizzato come segnale digitale che indica la presenza dell'oggetto.

13. Tendenze Tecnologiche

Gli interruttori ottici rimangono componenti fondamentali nel rilevamento di posizione e movimento. Le tendenze attuali includono lo sviluppo di versioni a montaggio superficiale (SMD) per l'assemblaggio automatizzato, che offrono ingombri ridotti e profili più bassi. C'è anche una tendenza verso l'integrazione di circuiti aggiuntivi sul chip, come trigger di Schmitt per output digitale con isteresi, amplificatori per output analogico o addirittura logica encoder completa. Inoltre, i progressi nei materiali di packaging mirano a migliorare le prestazioni termiche e la resistenza ai processi di lavaggio delle schede. Il principio fondamentale dell'interruzione ottica, tuttavia, continua ad essere apprezzato per la sua semplicità, affidabilità e natura senza contatto.