Scheda Tecnica ITR20002 Photointerrupter - Pacchetto Side-Looking - Lunghezza d'Onda 940nm - Documento Tecnico Italiano

1. Panoramica del Prodotto

L'ITR20002 è un modulo fotointerruttore a infrarossi compatto di tipo side-looking. Integra un diodo emettitore a infrarossi e un fototransistor al silicio NPN montati affiancati su un asse ottico convergente all'interno di un alloggiamento termoplastico nero. Questa configurazione è progettata per il rilevamento di oggetti, la sensibilità di posizione e applicazioni di commutazione senza contatto, interrompendo il percorso del fascio infrarosso tra emettitore e rivelatore.

1.1 Caratteristiche e Vantaggi Principali

• Tempo di Risposta Rapido:Consente un rilevamento e una commutazione veloci, adatto per applicazioni ad alta velocità.
• Alta Sensibilità:Il fototransistor al silicio fornisce un rilevamento del segnale affidabile dall'emettitore IR.
• Lunghezza d'Onda di Taglio Specifica:Lunghezza d'onda di picco di emissione (λp) di 940nm, ottimizzata per il rilevamento a infrarossi minimizzando l'interferenza della luce visibile.
• Conformità Ambientale:Il prodotto è privo di piombo, conforme agli standard RoHS, EU REACH e Halogen-Free (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Asse Ottico Convergente:Il design affiancato e convergente semplifica l'allineamento per il rilevamento di oggetti nel gap tra i componenti.

1.2 Applicazioni Target

Il modulo è progettato per una varietà di compiti di sensibilità optoelettronica, tra cui:

• Meccanismi di mouse e fotocopiatrici per rilevare il movimento o la presenza di carta.
• Unità floppy disk per rilevare l'inserimento del disco o la posizione della traccia.
• Commutazione senza contatto per uso generico.
• Montaggio diretto su circuiti stampati (PCB).

2. Approfondimento sui Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici e ottici specificati nella scheda tecnica.

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):
  • Dissipazione di Potenza (Pd):100 mW a 25°C. È necessario un derating a temperature ambiente più elevate.
  • Tensione Inversa (VR):5 V. Superare questo valore può danneggiare la giunzione del LED.
  • Corrente Diretta (IF):60 mA continua.
  • Corrente Diretta di Picco (IFP):1 A per impulsi ≤100μs con un duty cycle dell'1%. Ciò consente impulsi brevi e ad alta intensità.
• Uscita (Fototransistor):
  • Dissipazione di Potenza del Collettore (Pc):80 mW. Questo limita la combinazione di corrente e tensione del collettore.
  • Corrente del Collettore (IC):20 mA massima corrente continua.
  • Tensione Collettore-Emettitore (BV_CEO):35 V. La massima tensione applicabile ai capi del transistor quando la base è aperta.
  • Tensione Emettitore-Collettore (BV_ECO):6 V. La massima tensione inversa tra emettitore e collettore.
• Valori Termici:
  • Temperatura di Funzionamento (T_opr):-25°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 a 1/16 di pollice (1.6mm) dal corpo del pacchetto.

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

Questi sono i parametri operativi tipici in condizioni di test specificate.

• Caratteristiche di Ingresso (LED IR):
  • Tensione Diretta (V_F):Tipicamente da 1.2V a 1.5V a I_F=20mA. Questo è importante per progettare il circuito di pilotaggio a corrente limitata.
  • Lunghezza d'Onda di Picco (λ_P):940nm. Questa è la lunghezza d'onda alla quale il LED IR emette la massima potenza ottica.
• Caratteristiche di Uscita (Fototransistor):
  • Corrente di Buio (I_CEO):Massimo 100 nA a V_CE=20V senza illuminazione (E_e=0). Questa è la corrente di dispersione che definisce il rumore di fondo dello stato "spento".
  • Tensione di Saturazione Collettore-Emettitore (V_CE(sat)):Massimo 0.4V a I_C=0.04mA e I_F=40mA. Un basso V_CE(sat)è desiderabile quando il transistor è usato come interruttore.
  • Corrente del Collettore (I_C(ON)):Varia da 0.04mA a 0.9mA a V_CE=5V e I_F=20mA. Questo parametro, la caratteristica di trasferimento, definisce la sensibilità dell'accoppiatore. L'ampio intervallo indica che è un parametro critico che può essere selezionato (binning).
  • Tempo di Salita/Discesa (t_r/t_f):Tipicamente 20μs e 25μs rispettivamente, in specifiche condizioni di test (V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω). Questi valori determinano la massima frequenza di commutazione del dispositivo.

3. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica fa riferimento a curve caratteristiche tipiche sia per l'emettitore IR che per il fototransistor. Sebbene i grafici esatti non siano riprodotti qui, ne viene spiegata l'importanza.

3.1 Curve dell'Emettitore IR

Queste curve illustrano tipicamente la relazione tra corrente diretta (I_F) e tensione diretta (V_F) a diverse temperature, mostrando il coefficiente di temperatura negativo di V_F. Possono anche mostrare l'intensità radiante relativa rispetto alla corrente diretta e il diagramma di radiazione angolare, cruciale per comprendere la diffusione del fascio nel pacchetto side-looking.

3.2 Curve del Fototransistor

Queste curve sono essenziali per la progettazione del circuito. Tipicamente includono:

• Corrente del Collettore vs. Tensione Collettore-Emettitore (I_C-V_CE):Famiglia di curve per diversi livelli di irradianza (o diverse correnti del LED IR). Questo mostra le caratteristiche di uscita del transistor e aiuta a determinare la linea di carico.
• Corrente del Collettore vs. Irradianza (o I_F):Questa curva di trasferimento quantifica la sensibilità, mostrando quanta corrente di uscita è generata per un dato livello di luce in ingresso.
• Corrente di Buio vs. Temperatura:Mostra come la corrente di dispersione aumenti con la temperatura, il che può influenzare il rapporto segnale/rumore in ambienti ad alta temperatura.

4. Informazioni Meccaniche e sul Pacchetto

4.1 Dimensioni del Pacchetto

L'ITR20002 è fornito in un pacchetto standard side-looking a foro passante. Il disegno dimensionale nella scheda tecnica fornisce le misure critiche per il layout del PCB e l'integrazione meccanica. Le caratteristiche principali includono la spaziatura dei terminali, le dimensioni del corpo del pacchetto e la posizione dell'apertura ottica. La nota specifica che le tolleranze sono ±0.25mm salvo diversa indicazione sul disegno dimensionato.

4.2 Identificazione della Polarità

Per i pacchetti a foro passante, la polarità è tipicamente indicata dalla forma fisica del pacchetto (un lato piatto o una tacca) o dalla lunghezza dei terminali. Il disegno nella scheda tecnica dovrebbe chiaramente segnare l'anodo e il catodo del LED IR e il collettore e l'emettitore del fototransistor. La polarità corretta è essenziale per il funzionamento del dispositivo e per prevenire danni.

5. Linee Guida per Applicazione e Progettazione

5.1 Circuito di Applicazione Tipico

Un'applicazione di base prevede il pilotaggio del LED IR con una resistenza limitatrice di corrente collegata a una sorgente di tensione. Il fototransistor è tipicamente collegato in configurazione emettitore comune: il collettore è collegato a una tensione di alimentazione attraverso una resistenza di carico (R_L), e l'emettitore è messo a massa. Il segnale di uscita è prelevato dal collettore. Il valore di R_Linfluenza l'escursione della tensione di uscita, la velocità e il consumo di corrente. Una R_Lpiù piccola fornisce una commutazione più veloce ma un'escursione di tensione minore; una R_Lpiù grande dà un'escursione maggiore ma una risposta più lenta.

5.2 Considerazioni di Progettazione

• Allineamento:Il design affiancato con asse convergente significa che l'area di rilevamento sensibile è nel gap tra emettitore e rivelatore. È necessario un preciso allineamento meccanico del percorso dell'oggetto per un funzionamento affidabile.
• Immunità alla Luce Ambiente:Sebbene il filtro a 940nm nell'alloggiamento aiuti, forti sorgenti IR ambientali (luce solare, lampade a incandescenza) possono saturare il fototransistor. L'uso di un segnale IR modulato e di un rilevamento sincrono può migliorare notevolmente l'immunità.
• Pilotaggio della Corrente:Far funzionare il LED IR al valore raccomandato di I_F(es. 20mA) o inferiore per un'affidabilità a lungo termine. Pilotare il LED con impulsi a corrente più alta (entro i limiti di I_FP) può aumentare la portata di rilevamento o l'intensità del segnale.
• Interfaccia di Uscita:L'uscita del fototransistor può essere inviata direttamente a un ingresso digitale di un microcontrollore (con appropriato pull-up) o a un comparatore per un rilevamento di soglia preciso nelle applicazioni analogiche.

6. Informazioni su Imballaggio e Ordine

6.1 Specifiche dell'Etichetta

L'etichetta del prodotto contiene diversi codici:

• CPN:Numero di Parte del Cliente.
• P/N:Numero di Prodotto del Produttore (ITR20002).
• QTY:Quantità nel pacchetto.
• CAT / HUE / REF:Probabilmente si riferiscono a codici interni di selezione (binning) per parametri come l'intensità luminosa (CAT), la lunghezza d'onda dominante (HUE) e la tensione diretta (REF).
• LOT No:Numero di lotto per la tracciabilità.

6.2 Specifiche di Imballaggio

L'imballaggio standard è di 150 pezzi per busta, 5 buste per scatola e 10 scatole per cartone. Questa informazione è vitale per la pianificazione dell'inventario e l'alimentazione della linea di produzione.

7. Confronto Tecnico e Posizionamento

L'ITR20002 rappresenta una soluzione classica ed economica per il rilevamento di oggetti. I suoi principali fattori di differenziazione sono il suo specifico fattore di forma meccanico side-looking e l'asse ottico convergente, progettati per rilevare oggetti che passano attraverso una specifica fessura o gap. Rispetto ai sensori riflettenti, offre maggiore affidabilità e coerenza poiché dipende meno dalla riflettività dell'oggetto target. Rispetto ai sensori trasmissivi con emettitore e rivelatore opposti, consente un design meccanico più compatto in cui l'oggetto interrompe il fascio all'interno di un singolo modulo. La lunghezza d'onda di 940nm è uno standard comune, offrendo un buon equilibrio tra disponibilità dei componenti, costo e reiezione della luce ambiente.

8. Domande Frequenti (FAQ)

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

La scheda tecnica specifica la condizione di test I_C(ON)come "con riflettore a 5mm di distanza". Ciò suggerisce che il dispositivo è ottimizzato per il rilevamento a brevissima distanza, probabilmente nell'ordine di pochi millimetri. Il gap effettivamente utilizzabile dipende dalla corrente di pilotaggio del LED IR, dalla sensibilità del circuito ricevitore e dal margine di segnale richiesto.

8.2 Come proteggo il dispositivo dai transienti elettrici?

Per il LED IR, di solito è sufficiente una semplice resistenza in serie. Per il fototransistor che opera in ambienti rumorosi, considerare l'aggiunta di un piccolo condensatore (es. 1-10nF) tra collettore ed emettitore per filtrare il rumore ad alta frequenza, tenendo presente che questo rallenterà il tempo di risposta. Per ambienti industriali ostili, potrebbero essere necessari diodi di clamping esterni aggiuntivi o diodi TVS sulle linee di ingresso/uscita.

8.3 Posso usarlo per il rilevamento della velocità su un disco rotante con fessure?

Sì, questa è un'applicazione comune. La massima frequenza di commutazione sarà limitata dai tempi di salita/discesa (tipicamente ~20-25μs), che teoricamente consentono frequenze fino a circa 20 kHz. In pratica, la frequenza sarà inferiore a causa dei vincoli del circuito e del duty cycle. Assicurarsi che le fessure e i gap sul disco siano abbastanza larghi da consentire al fototransistor di accendersi e spegnersi completamente.

9. Principio di Funzionamento

L'ITR20002 funziona sul principio dell'interruzione della luce trasmessa. Il diodo emettitore a infrarossi interno (IRED) è polarizzato direttamente, causando l'emissione di luce a una lunghezza d'onda di picco di 940nm. Il fototransistor al silicio NPN, posizionato su un asse convergente, normalmente riceve questa radiazione quando nulla ostruisce il percorso. I fotoni con energia sufficiente colpiscono la regione di base del fototransistor, generando coppie elettrone-lacuna. Questa fotocorrente agisce come una corrente di base, che viene poi amplificata dal guadagno di corrente (beta) del transistor, risultando in una corrente di collettore molto più grande. Quando un oggetto opaco è posto nel gap tra emettitore e rivelatore, il percorso della luce viene interrotto. La fotocorrente cessa e il transistor si spegne, facendo scendere la corrente di collettore a un valore molto basso (la corrente di buio). Questo cambiamento on/off nella corrente di collettore fornisce un segnale digitale che indica la presenza o l'assenza di un oggetto.

10. Dichiarazione di Non Responsabilità e Note sull'Affidabilità

Le informazioni fornite in questo documento tecnico si basano sulla scheda tecnica originale. Le principali dichiarazioni di non responsabilità e note del produttore includono:

• Specifiche e materiali sono soggetti a modifiche.
• 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.
• Il funzionamento al di fuori dei Valori Massimi Assoluti può causare danni permanenti.
• Il prodotto non è destinato ad applicazioni critiche per la sicurezza, militari, aeronautiche, automobilistiche, mediche o di supporto vitale senza esplicita autorizzazione.

È responsabilità del progettista convalidare l'idoneità e le prestazioni del dispositivo nella propria applicazione specifica.