ITR8104 광학 차단기 데이터시트 - 940nm 적외선 - 5V/20mA - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR8104는 비접촉식 감지 및 스위칭 응용을 위해 설계된 소형 광학 차단기 모듈입니다. 단일의 검은색 열가소성 수지 하우징 내에 적외선 발광 다이오드와 NPN 실리콘 포토트랜지스터를 통합하고 있습니다. 구성 요소들은 수렴하는 광축 상에 나란히 배열되어 있습니다. 정상 상태에서 포토트랜지스터는 LED에서 방출되는 적외선을 수신합니다. 불투명한 물체가 발광부와 수광부 사이의 광로를 차단하면, 포토트랜지스터는 전도하지 않게 되어 명확한 스위칭 신호를 제공합니다.

본 장치의 주요 장점으로는 빠른 응답 시간, 높은 감도, 그리고 주변광 간섭을 최소화하기 위해 가시 스펙트럼 밖에 위치한 940nm의 피크 방출 파장이 있습니다. 이 장치는 무연 재료로 제작되었으며 RoHS 및 EU REACH와 같은 관련 환경 규정을 준수합니다.

2. 기술 사양 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 한계를 초과하여 장치를 동작시키면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 입력 (IR LED):
  • 전력 소산 (Pd): 75 mW (25°C 이하에서)
  • 역전압 (VR): 5 V
  • 순방향 전류 (IF): 50 mA
• 출력 (포토트랜지스터):
  • 컬렉터 전력 소산 (Pc): 75 mW
  • 컬렉터 전류 (IC): 20 mA
  • 컬렉터-이미터 전압 (BV_CEO): 30 V
  • 이미터-컬렉터 전압 (BV_ECO): 5 V
• 열적:
  • 동작 온도 (T_opr): -25°C ~ +85°C
  • 보관 온도 (T_stg): -40°C ~ +85°C
  • 리드 납땜 온도 (T_sol): 260°C, ≤5초 (패키지에서 3mm 지점 측정)

2.2 전기-광학 특성 (T_a=25°C)

이 매개변수들은 일반적인 동작 조건에서 장치의 성능을 정의합니다.

• 입력 (IR LED) 특성:
  • 순방향 전압 (V_F): 1.2V (전형적), 1.6V (최대) at I_F=20mA
  • 역전류 (I_R): 10 μA (최대) at V_R=5V
  • 피크 파장 (λ_P): 940 nm (전형적) at I_F=20mA
• 출력 (포토트랜지스터) 특성:
  • 암전류 (I_CEO): 100 nA (최대) at V_CE=20V, E_e=0mW/cm²
  • 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(sat)): 0.4V (최대) at I_C=0.5mA, I_F=20mA
  • 컬렉터 전류 (I_C(ON)): 0.5 mA (최소) at V_CE=5V, I_F=20mA
  • 상승 시간 (t_r): 20 μs (전형적) at V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ
  • 하강 시간 (t_f): 20 μs (전형적) at V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ

3. 성능 곡선 분석

본 데이터시트는 설계 엔지니어에게 필수적인 여러 특성 곡선을 제공합니다.

3.1 IR LED 특성

그래프들은 순방향 전류와 주변 온도 간의 관계를 보여주며, 더 높은 온도에서 전력 한계 내에 머물기 위해 필요한 디레이팅을 보여줍니다. 스펙트럼 감도 곡선은 940nm에서의 피크 방출을 확인시켜 줍니다. 또 다른 그래프는 주변 온도에 따른 피크 방출 파장의 미미한 변화를 보여주는데, 대부분의 응용에서는 일반적으로 무시할 수 있습니다.

3.2 포토트랜지스터 특성

주요 그래프에는 다양한 온도에서의 컬렉터 전류와 순방향 전류 간의 관계(전달 특성)가 포함되어 있어 장치의 감도를 강조합니다. 컬렉터 전력 소산 대 주변 온도 그래프는 열 관리에 매우 중요하며, 주변 온도가 상승함에 따라 최대 허용 전력이 어떻게 감소하는지를 나타냅니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

ITR8104는 표준 스루홀 패키지로 제공됩니다. 주요 치수로는 리드 간격, 본체 너비 및 전체 높이가 있습니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 일반 공차 ±0.3mm의 밀리미터 단위입니다. 리드 간격은 리드가 플라스틱 패키지 본체에서 나오는 지점에서 측정됩니다.

4.2 극성 식별 및 장착

본 장치는 표준 핀아웃을 가지고 있습니다: 적외선 LED 애노드와 캐소드, 그리고 포토트랜지스터 컬렉터와 이미터입니다. 하우징은 일반적으로 핀 1을 나타내도록 표시되거나 모양이 만들어져 있습니다. PCB에 장착할 때는 에폭시 본체에 기계적 응력을 가하여 성능 저하나 고장을 초래하지 않도록 리드 위치와 구멍을 정확하게 정렬해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

5.1 리드 성형

• 굽힘은 에폭시 수지 본체 하단으로부터 3mm 이상 떨어진 거리에서 수행되어야 합니다.
• 리드 성형은납땜 공정이전에 완료되어야 합니다.
• 굽힘 중에는 패키지에 응력이 가해지지 않도록 리드 프레임을 확실히 고정해야 합니다.
• 리드 절단은 실온에서 수행해야 합니다.

5.2 납땜 권장사항

열 손상을 방지하기 위해, 납땜 접합부에서 에폭시 불브까지 최소 3mm의 거리를 유지하십시오.

• 핸드 납땜:인두 팁 온도: 최대 300°C (최대 30W). 납땜 시간: 리드당 최대 3초.
• 웨이브/딥 납땜:예열 온도: 최대 100°C (최대 60초). 솔더 배스 온도: 최대 260°C. 체류 시간: 최대 5초.
• 납땜 후 급속 냉각을 피하십시오. 장치가 점차적으로 실온으로 돌아오도록 하십시오.
• 딥 또는 핸드 납땜은 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다.

5.3 권장 납땜 프로파일

이 프로파일은 점진적인 예열, 액상선 이상의 제어된 시간(일반적으로 260°C), 그리고 구성 요소에 대한 열 충격을 최소화하기 위한 제어된 냉각 속도를 제안합니다.

6. 보관 및 취급

• 초기 보관 (출하 후):10–30°C, ≤70% 상대습도, 최대 3개월.
• 장기 보관 (3개월 초과):10–25°C, 20–60% 상대습도, 질소 분위기의 밀봉 용기 내, 최대 1년.
• 포장 개봉 후:10–25°C, 20–60% 상대습도에서 보관하십시오. 24시간 이내 또는 가능한 한 빨리 사용하십시오. 사용하지 않은 장치는 즉시 재밀봉하십시오.
• 고습도 환경에서 급격한 온도 변화를 피하여 결로를 방지하십시오.
• 세척:초음파 세척은권장되지 않습니다.이 장치에 대해서는

7. 포장 및 주문 정보

7.1 포장 사양

표준 포장은 다음과 같습니다: 튜브당 100개, 박스당 20튜브, 카톤당 4박스.

7.2 라벨 정보

제품 라벨에는 다음 필드가 포함됩니다: 고객 제품 번호 (CPN), 제품 번호 (P/N), 포장 수량 (QTY), 발광 강도 등급 (CAT), 주 파장 등급 (HUE), 순방향 전압 등급 (REF), 로트 번호 (LOT No.), 그리고 날짜/월 코드 (X).

8. 응용 제안

8.1 일반적인 응용 시나리오

• 위치/속도 감지:컴퓨터 마우스, 복사기, 플로피 디스크 드라이브에서 회전 또는 선형 운동을 감지하는 데 사용됩니다.
• 비접촉 스위칭:자판기, 보안 시스템 및 산업 자동화에서 물체 감지에 사용됩니다.
• 에지 감지:프린터 및 스캐너에서 용지 존재 또는 미디어 가장자리를 감지하는 데 사용됩니다.
• 직접 보드 장착:신뢰할 수 있고 절연된 스위칭이 필요한 스루홀 PCB 응용에 적합합니다.

8.2 설계 고려사항

• 전류 제한:IR LED와 직렬로 저항을 항상 사용하여 순방향 전류 (I_F)를 원하는 값(일반적으로 장기 신뢰성을 위해 20mA 이하)으로 제한하십시오.
• 부하 저항:풀업 저항은 일반적으로 포토트랜지스터의 컬렉터와 공급 전압 (V_CC) 사이에 연결됩니다. 값(예: 1kΩ)은 출력 전압 스윙과 스위칭 속도에 영향을 미칩니다.
• 주변광:940nm 필터가 도움이 되지만, 센서를 직접적인 주변 IR 광원(햇빛이나 백열등 등)으로부터 차폐하기 위한 물리적 장벽이나 하우징을 설계하면 신뢰성이 향상됩니다.
• 응답 시간:고속 응용의 경우, 20μs의 전형적인 상승/하강 시간을 고려하고 구동 회로가 이를 수용할 수 있는지 확인하십시오.
• 열 관리:특히 높은 주변 온도 환경에서 전력 디레이팅 곡선을 준수하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

ITR8104는 균형 잡힌 특성 세트를 제공합니다. 940nm 파장은 가시광선 노이즈에 대한 우수한 내성을 제공합니다. 나란히 배열된 수렴 축 설계는 잘 정의된 감지 간격을 제공하여 에지 감지 및 정밀한 물체 위치 지정에 적합하게 만듭니다. 빠른 20μs 응답 시간은 중속 카운팅 또는 인코딩 응용에서의 사용을 가능하게 합니다. 스루홀 패키지는 진동이 있는 응용에 대해 견고한 기계적 부착을 제공합니다. 반사형 센서와 비교할 때, 차단기는 대상 물체의 반사율에 영향을 받지 않기 때문에 더 명확한 온/오프 신호를 제공합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

10.1 IR LED의 일반적인 동작 전류는 얼마입니까?

전기-광학 특성은 I_F= 20mA에서 지정되며, 이는 일반적이고 신뢰할 수 있는 동작 지점입니다. 더 높은 출력을 위해 절대 최대치인 50mA까지 구동할 수 있지만, 이는 신중한 열 관리가 필요하며 장기 신뢰성을 감소시킬 수 있습니다.

10.2 포토트랜지스터의 감도는 어느 정도입니까?

핵심 매개변수는 I_C(ON)이며, IR LED가 20mA로 구동되고 V_CE=5V일 때 최소 0.5mA임이 보장됩니다. 이는 적절한 풀업 저항이 있는 디지털 스위칭 인터페이스에 견고한 신호를 제공합니다.

10.3 투명한 물체 감지에 사용할 수 있습니까?

아니요. ITR8104는 적외선 빔을 완전히 차단하는 불투명한 물체 감지를 위해 설계되었습니다. 투명하거나 반투명한 재료는 충분한 IR 빛이 통과하도록 하여 포토트랜지스터가 완전히 꺼지지 않도록 할 수 있습니다.

10.4 물체에 대한 발광부와 수광부 사이의 권장 간격은 얼마입니까?

데이터시트는 최대 간격을 명시하지 않습니다. 유효 간격은 정렬과 IR LED의 강도에 의해 결정됩니다. 신뢰할 수 있는 동작을 위해, 물체는 두 요소 사이의 수렴 광로를 완전히 차지해야 합니다. 일반적인 감지 거리는 기계적 하우징에 의해 정의된 몇 밀리미터입니다.

11. 실용적인 설계 및 사용 사례

사례: 프린터의 용지 걸림 감지
ITR8104는 용지 경로를 가로질러 장착됩니다. 마이크로컨트롤러 핀이 150Ω 저항을 통해 IR LED를 구동합니다 (3.3V에서 I_F를 ~20mA로 제한). 포토트랜지스터 컬렉터는 4.7kΩ 풀업 저항을 통해 3.3V에 연결된 마이크로컨트롤러의 디지털 입력 핀에 연결됩니다. "용지 있음" 상태에서는 용지가 빔을 차단하고, 포토트랜지스터는 꺼지며, 입력 핀은 풀업을 통해 HIGH를 읽습니다. 용지 경로가 비어 있으면, IR 빛이 포토트랜지스터에 도달하여 켜지고 입력 핀을 LOW로 당깁니다. 마이크로컨트롤러는 이 핀을 모니터링합니다. 용지가 예상될 때 지속적인 HIGH 상태는 걸림 또는 공급 오류를 나타냅니다. 빠른 응답 시간은 걸림이 빠르게 감지되도록 보장하며, 940nm 파장은 실내 조명으로 인한 오작동을 방지합니다.

12. 동작 원리

ITR8104는 변조된 빛 감지 원리로 동작합니다. 적외선 LED는 940nm 파장의 광자를 방출합니다. LED 반대편에 위치한 실리콘 포토트랜지스터가 수신기 역할을 합니다. 충분한 에너지를 가진 광자가 포토트랜지스터의 베이스 영역에 충돌하면 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 광생성 전류는 베이스 전류 역할을 하여 트랜지스터가 훨씬 더 큰 컬렉터 전류를 전도하도록 합니다 (광전 효과와 트랜지스터 증폭의 결합). 광로에 불투명한 물체가 존재하면 광자가 포토트랜지스터에 도달하지 못하게 되어 베이스 전류를 제거하고 트랜지스터를 끕니다. 이는 물체의 존재 또는 부재와 연관된 디지털 출력 신호를 생성합니다.

13. 기술 동향

광학 차단기는 전기 기계 시스템의 기본 구성 요소로 남아 있습니다. 현재 동향은 소형화(더 작은 SMD 패키지), 패키지 내 추가 신호 조정 회로(슈미트 트리거 또는 증폭기와 같은) 통합으로 더 깨끗한 디지털 출력 제공, 그리고 환경 오염 물질에 대한 향상된 내성에 초점을 맞추고 있습니다. 또한 고급 인코딩 응용을 위한 고속 변형 제품으로의 추세도 있습니다. 광학 차단의 핵심 원리는 전기적 절연, 비접촉 특성, 그리고 순수 기계적 스위치에 비한 신뢰성 때문에 견고하게 유지되고 있습니다.