ITR9909 광학 인터럽터 데이터시트 - 패키지 4.0mm - 파장 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR9909는 비접촉식 감지 응용 분야를 위해 설계된 컴팩트한 광학 인터럽터 모듈입니다. 단일 블랙 열가소성 수지 하우징 내에 적외선 발광 다이오드(IRED)와 실리콘 NPN 포토트랜지스터를 통합하고 있습니다. 구성 요소들은 수렴하는 광축 상에 나란히 배치되어 있습니다. 기본 작동 원리는 포토트랜지스터가 동일 위치에 있는 IR 에미터로부터의 복사를 정상적으로 수신하는 것입니다. 불투명 물체가 이들 사이의 갭을 통과할 때, 이 적외선 빔을 차단하여 포토트랜지스터의 출력 상태에 감지 가능한 변화를 일으키며, 이는 물체 감지, 위치 감지 또는 스위칭 기능을 가능하게 합니다.

1.1 핵심 특징 및 장점

• 빠른 응답 시간:빠르게 움직이는 물체 감지를 가능하게 합니다.
• 높은 감도:실리콘 포토트랜지스터가 적외선에 대해 강력한 전기적 응답을 제공합니다.
• 특정 파장:IRED는 피크 파장(λp) 940nm에서 방출하며, 이는 인간의 눈에 보이지 않아 주변 가시광선 간섭을 완화하는 데 도움이 됩니다.
• 환경 규정 준수:본 장치는 무연(Pb-free)으로 제조되며, RoHS, EU REACH 및 무할로겐 표준(Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)을 준수합니다.
• 컴팩트한 통합:결합된 패키지는 슬롯형 감지 응용 분야에서 PCB 설계 및 조립을 단순화합니다.

1.2 목표 응용 분야

ITR9909는 신뢰할 수 있는 비접촉식 감지가 필요한 다양한 응용 분야에 적합합니다:

• 컴퓨터 마우스 및 복사기의 로터리 인코더 및 위치 센서.
• 스캐너 및 프린터의 용지 감지 및 에지 센싱.
• 플로피 디스크 드라이브 및 기타 미디어 드라이브의 디스크 존재 감지.
• 범용 비접촉식 스위칭.
• 직접 장착이 필요한 보드 레벨 센싱.

2. 기술 사양 및 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 한계를 초과하여 장치를 작동하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 사양은 Ta=25°C 기준입니다.

• 입력 (IRED):
  • 전력 소산 (Pd): 75 mW
  • 역방향 전압 (VR): 5 V
  • 연속 순방향 전류 (IF): 50 mA
  • 피크 순방향 전류 (IFP): 1 A (펄스 폭 ≤100μs, 듀티 사이클 1%)
• 출력 (포토트랜지스터):
  • 콜렉터 전력 소산 (Pd): 75 mW
  • 콜렉터 전류 (IC): 50 mA
  • 콜렉터-에미터 전압 (BV_CEO): 30 V
  • 에미터-콜렉터 전압 (BV_ECO): 5 V
• 환경:
  • 작동 온도 (T_opr): -25°C ~ +85°C
  • 보관 온도 (T_stg): -40°C ~ +85°C
  • 리드 솔더링 온도 (T_sol): 260°C, 5초 (본체에서 1/16 인치 거리)

2.2 전기-광학 특성

Ta=25°C에서의 전형적인 성능 파라미터는 장치의 작동 특성을 정의합니다.

• 입력 (IRED) 특성:
  • 순방향 전압 (V_F): IF=20mA에서 전형적으로 1.2V (최대 1.5V). 더 높은 펄스 전류에서 증가합니다.
  • 피크 파장 (λ_P): 20mA 구동 시 940 nm (전형적).
• 출력 (포토트랜지스터) 특성:
  • 암전류 (I_CEO): 완전한 암흑에서 V_CE=20V일 때 최대 100 nA. 이는 "오프" 상태 노이즈 플로어를 정의하는 누설 전류입니다.
  • 콜렉터-에미터 포화 전압 (V_CE(sat)): 충분한 조도(1mW/cm²) 하에서 I_C=2mA일 때 최대 0.4V. 깨끗한 디지털 스위칭을 위해 낮은 V_CE(sat)가 바람직합니다.
  • 콜렉터 전류 (I_C(ON)): V_CE=5V 및 I_F=20mA일 때 최소 200 µA. 이는 표준 테스트 조건에서 보장된 최소 광전류입니다.
• 동적 특성:
  • 상승 시간 (t_r) 및 하강 시간 (t_f): 각각 전형적으로 15 µs. 이 파라미터들은 특정 부하 조건(V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ)에서 측정되며, 장치가 안정적으로 처리할 수 있는 최대 스위칭 주파수를 결정합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 작동 파라미터 간의 주요 관계를 설명하는 여러 그래프를 제공합니다. 이 곡선들은 비표준 조건에서의 장치 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

3.1 적외선 에미터 (IRED) 곡선

• 순방향 전류 대 주변 온도:주변 온도가 25°C 이상 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다.
• 스펙트럼 감도:상대 복사 강도 대 파장의 그래프로, 940nm에서 피크를 이루며 에미터의 좁은 대역폭을 보여줍니다.
• 상대 복사 강도 대 순방향 전류:구동 전류와 광 출력 간의 비선형 관계를 보여주며, 더 높은 전류에서 포화되는 경향이 있습니다.
• 상대 복사 강도 대 각도 변위:IRED의 방사 패턴 또는 시야각을 설명하며, 광학 정렬에 중요합니다.

3.2 포토트랜지스터 (PT) 곡선

• 콜렉터 전력 소산 대 주변 온도:포토트랜지스터 출력에 대한 전력 디레이팅 곡선을 제공합니다.
• 스펙트럼 감도:파장에 걸친 포토트랜지스터의 응답성을 보여주며, 피크 감도는 일반적으로 근적외선 영역에 있어 940nm 에미터와 일치합니다.
• 상대 콜렉터 전류 대 주변 온도:포토트랜지스터의 이득 또는 응답성이 온도에 따라 어떻게 변화하는지 나타냅니다.
• 콜렉터 전류 대 조도:포토트랜지스터에 입사하는 광 파워(조도)와 결과적인 콜렉터 전류 간의 선형(또는 준선형) 관계를 보여주는 기본 곡선입니다.
• 콜렉터 암전류 대 주변 온도:누설 전류(I_CEO)가 온도 상승에 따라 지수적으로 증가하는 방식을 보여주며, 이는 고온 응용 분야에서 신호 대 잡음비에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 콜렉터 전류 대 콜렉터-에미터 전압:트랜지스터 출력 특성과 유사하며, 다양한 조도 수준에 대한 작동 영역을 보여줍니다.

3.3 완전 모듈 (ITR) 곡선

• 상대 콜렉터 전류 대 센서 간 거리:이는 중요한 시스템 레벨 곡선입니다. 차단 물체와 센서 갭 사이의 거리가 변함에 따라 수신된 신호(콜렉터 전류)가 어떻게 변하는지 보여줍니다. 이는 유효 감지 범위와 물체 위치 및 출력 신호 강도 간의 관계를 정의합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

ITR9909는 표준 스루홀 패키지로 제공됩니다. 도면의 주요 치수는 다음과 같습니다:

• 슬롯 크기를 정의하는 전체 본체 너비와 높이.
• PCB 장착을 위한 리드 간격 및 직경.
• 내부 IRED와 포토트랜지스터 사이의 갭 너비로, 감지 가능한 물체의 크기를 결정합니다.
• 치수 도면은 별도로 명시되지 않는 한 ±0.25mm의 표준 공차를 지정합니다.

4.2 극성 식별

본 장치는 많은 광학 인터럽터에 공통적인 표준 핀아웃 구성을 사용합니다: IRED 입력용 애노드와 캐소드, 포토트랜지스터 출력용 콜렉터와 에미터. 하우징에는 일반적으로 핀 1을 나타내는 표시 또는 노치가 있습니다.

5. 조립 및 취급 지침

5.1 솔더링 권장 사항

절대 최대 정격은 리드를 260°C에서 최대 5초 동안 솔더링할 수 있도록 지정하며, 솔더링 지점이 플라스틱 본체에서 최소 1/16 인치(약 1.6mm) 떨어져 있어야 한다는 조건이 있습니다. 이는 에폭시 하우징 및 내부 와이어 본드에 대한 열 손상을 방지하기 위함입니다. 웨이브 또는 리플로우 솔더링의 경우 유사한 열 한계를 가진 스루홀 구성 요소에 대한 표준 프로파일을 따라야 합니다.

5.2 보관 및 취급

본 장치는 지정된 온도 범위인 -40°C ~ +85°C 내의 건조한 환경에 보관해야 합니다. 내부 반도체 구성 요소가 정전기로 인한 손상에 취약하므로 취급 중 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 사양

표준 포장 수량은 다음과 같습니다:

• 백당 150개.
• 박스당 5백.
• 카톤당 10박스.

6.2 라벨 정보

제품 라벨에는 추적성 및 사양을 위한 여러 코드가 포함됩니다:

• CPN:고객의 제품 번호.
• P/N:제조사의 제품 번호 (예: ITR9909).
• QTY:포장 내 수량.
• CAT, HUE, REF:이는 광도 등급, 주 파장 등급, 순방향 전압 등급과 같은 파라미터에 대한 내부 비닝 코드를 가리킬 가능성이 높지만, 이 데이터시트 발췌문에서는 구체적인 비닝 세부 사항은 제공되지 않습니다.
• LOT No:추적성을 위한 제조 로트 번호.

7. 응용 설계 고려 사항

7.1 회로 설계

ITR9909를 사용한 설계에는 두 가지 주요 회로가 포함됩니다:

1. IRED 구동 회로:IRED와 직렬로 연결된 간단한 전류 제한 저항이 표준입니다. 저항 값은 R = (V_CC- V_F) / I_F로 계산됩니다. 안정적인 작동과 긴 수명을 위해, 특정 신호 대 잡음비 요구 사항을 위한 펄스 고전류 구동이 필요한 경우를 제외하고는 IRED를 전형적인 20mA 이하로 구동하는 것이 권장됩니다.
2. 포토트랜지스터 출력 회로:포토트랜지스터는 두 가지 일반적인 구성으로 사용될 수 있습니다:
   • 스위치 모드 (디지털 출력):풀업 저항을 콜렉터에서 V_CC에 연결합니다. 에미터는 접지됩니다. 빛이 트랜지스터에 떨어지면 트랜지스터가 켜져 콜렉터 전압을 낮게(V_CE(sat) 근처로) 끌어내립니다. 빔이 차단되면 트랜지스터가 꺼지고 풀업 저항이 콜렉터 전압을 높게 만듭니다. 풀업 저항의 값은 스위칭 속도와 전류 소비를 결정합니다.
   • 선형 모드 (아날로그 출력):콜렉터 저항과 함께 공통 에미터 구성에서 포토트랜지스터를 사용하면, 콜렉터의 전압이 수신된 빛의 양에 따라 대략 선형적으로 변하여 아날로그 위치 감지에 유용합니다.

7.2 광학적 고려 사항

• 정렬:물체 경로와 센서 갭의 정밀한 기계적 정렬은 일관된 작동에 중요합니다.
• 주변광:940nm 필터와 매칭된 센서가 가시광선에 대한 우수한 제거 능력을 제공하지만, 강한 적외선 광원(예: 햇빛, 백열등)은 간섭을 일으킬 수 있습니다. 변조된 IR 신호와 동기 검출을 사용하면 주변광에 대한 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 물체 특성:센서는 빔의 차단을 감지합니다. 물체는 940nm 적외선에 대해 불투명해야 합니다. 반투명 재질은 안정적으로 감지되지 않을 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

ITR9909는 광학 인터럽터 시장에서 표준적이고 신뢰할 수 있는 솔루션을 나타냅니다. 주요 차별화 요소는 컴팩트한 사이드 룩킹 패키지 내에 940nm IRED와 실리콘 포토트랜지스터를 결합한 특정 조합입니다. 반사식 센서와 비교할 때, 인터럽터는 물체의 반사율 또는 색상 변화에 덜 민감하므로 보다 명확한 "온/오프" 신호를 제공합니다. 지정된 빠른 응답 시간(전형적으로 15µs)은 속도 감지 또는 인코딩 응용 분야에 적합하게 하며, 높은 감도는 낮은 구동 전류 또는 먼지가 많은 환경에서도 우수한 신호를 보장합니다. 환경 규정 준수(RoHS, 무할로겐)는 현대 전자 제조의 중요한 요소입니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 최대 감지 속도 또는 주파수는 얼마입니까?

최대 스위칭 주파수는 상승 및 하강 시간(t_r, t_f)에 의해 제한되며, 각각 전형적으로 15µs입니다. 완전한 온-오프 사이클에 대한 보수적인 추정치는 이 시간들의 합의 약 4~5배이며, 이는 최대 실용 주파수가 10-15 kHz 범위에 있음을 시사합니다. 이는 대부분의 기계적 인코딩 응용 분야에 적합합니다.

9.2 IRED 전류 제한 저항의 값을 어떻게 선택합니까?

공식 R = (공급 전압 - V_F) / I_F를 사용하십시오. 5V 공급 및 전형적인 테스트 조건인 20mA에서 구동할 때, V_F~1.2V이면, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 옴입니다. 표준 180 또는 200 옴 저항이 적절할 것입니다. 항상 저항에서 계산된 전력 소산이 그 정격 내에 있는지 확인하십시오.

9.3 출력 신호가 불안정하거나 노이즈가 많은 이유는 무엇입니까?

잠재적 원인은 다음과 같습니다: 1) IRED에 대한 구동 전류 부족으로 인한 약한 신호. 2) 높은 수준의 주변 적외선. 3) 포토트랜지스터의 암전류(온도가 상승함에 따라 증가)가 광전류에 비해 유의미해짐. 4) 공급 라인의 전기적 노이즈. 해결책에는 I_F 증가(한도 내), 광학 차폐 추가, 신호 변조 구현, 더 빠른 응답을 위한 더 낮은 값의 풀업 저항 사용, 그리고 양호한 전원 공급 디커플링 보장이 포함됩니다.

9.4 이 센서를 실외에서 사용할 수 있습니까?

직사광선에는 상당량의 940nm 적외선 복사가 포함되어 있어 포토트랜지스터를 포화시키고 정상 작동을 방해할 수 있습니다. 실외 사용을 위해서는 주의 깊은 광학 필터링, 직사광선을 차단하는 하우징 설계, 그리고 변조된 IR 신호 사용을 강력히 권장합니다.

10. 작동 원리 및 기술 동향

10.1 작동 원리

ITR9909는 투과광 차단 원리에 따라 작동합니다. 적외선 발광 다이오드(IRED)를 통해 흐르는 전류는 피크 파장 940 나노미터에서 광자를 방출하게 합니다. 이 광자들은 작은 공기 갭을 가로질러 이동하여 NPN 실리콘 포토트랜지스터의 베이스 영역에 입사합니다. 광자는 베이스-콜렉터 접합에서 전자-정공 쌍을 생성하며, 이는 효과적으로 포토다이오드 역할을 합니다. 이 광전류는 장치의 트랜지스터 작용에 의해 증폭되어 외부 회로에서 쉽게 측정할 수 있는 훨씬 더 큰 콜렉터 전류가 됩니다. 물체가 에미터와 검출기 사이의 경로를 물리적으로 차단하면, 광자 플럭스가 중단되고, 광전류가 거의 0으로 떨어지며, 트랜지스터가 꺼져 물체의 존재를 신호합니다.

10.2 기술적 맥락 및 동향

ITR9909와 같은 광학 인터럽터는 성숙하고 잘 이해된 구성 요소입니다. 이 분야의 현재 동향은 몇 가지 영역에 초점을 맞추고 있습니다:

• 소형화:현대 소비자 가전에서 보드 공간을 절약하기 위한 더 작은 표면 실장(SMD) 패키지 개발.
• 통합:디지털 출력용 슈미트 트리거, 아날로그 출력용 증폭기, 또는 완전한 논리 레벨 인터페이스(예: 오픈 드레인 출력)와 같은 추가 회로를 온칩에 통합.
• 향상된 성능:고해상도 인코더를 위한 속도 향상, 배터리 구동 장치를 위한 전력 소비 감소, 그리고 더 작은 구동 전류 또는 더 큰 감지 갭을 허용하기 위한 감도 증가.
• 전문화:자동차, 산업 자동화 또는 의료 기기와 같은 특정 시장 부문을 위해 다양한 슬롯 너비, 조리개 모양 또는 스펙트럼 응답을 가진 변형 제품 생성.

광학 차단의 기본 원리는 비접촉식 감지를 위한 강력하고 비용 효율적인 방법으로 남아 있으며, 다양한 전자기계 시스템에서 지속적인 관련성을 보장합니다.