Spesifikasi Sensor Optik Reflektif ITR8307/L24/TR8 - Bebas Plumbum, Patuh RoHS, REACH - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

ITR8307/L24/TR8 ialah suis optik reflektif permukaan-pasang yang padat, direka untuk aplikasi penderiaan jarak dekat. Ia menggabungkan pemancar diod pemancar cahaya (LED) inframerah (IR) GaAs dan penerima fototransistor silikon NPN sensitiviti tinggi dalam satu pakej plastik bersebelahan. Konfigurasi ini membolehkannya mengesan kehadiran atau ketiadaan permukaan reflektif dengan mengukur keamatan cahaya IR yang dipantulkan kembali ke penerima.

Peranti ini dicirikan oleh masa tindak balas pantas, sensitiviti tinggi kepada cahaya inframerah, dan tindak balas spektrum yang memotong panjang gelombang nampak, menjadikannya kebal terhadap gangguan cahaya ambien nampak. Ia dihasilkan untuk bebas plumbum (Pb-free), mematuhi arahan RoHS dan REACH EU, dan memenuhi keperluan bebas halogen (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Kelebihan Teras dan Pasaran Sasaran

Kelebihan utama sensor ini termasuk profil nipis, tapak padat, dan tindak balas optik pantas, yang amat penting untuk aplikasi terhad ruang dan berkelajuan tinggi. Reka bentuknya menjadikannya sesuai untuk pelbagai peralatan elektronik pengguna dan peralatan kawalan mikropemproses yang memerlukan pengesanan objek sentuhan-tidak yang boleh dipercayai.

Aplikasi sasaran biasa termasuk penderiaan kedudukan dalam peranti seperti kamera digital (untuk pengesanan kanta atau penutup), perakam kaset video (VCR), pemacu cakera liut, perakam pita kaset, dan sistem kawalan automatik lain.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

2.1 Had Maksimum Mutlak

Peranti tidak boleh dikendalikan melebihi had ini untuk mengelakkan kerosakan kekal. Had utama termasuk kuasa serakan input (LED) 75 mW pada suhu udara bebas 25°C, arus hadapan maksimum (IF) 50 mA, dan arus hadapan puncak (IFP) 1 A untuk denyutan ≤100μs pada kitar tugas 1%. Untuk output (fototransistor), kuasa serakan pengumpul maksimum ialah 75 mW, arus pengumpul (IC) 50 mA, dan voltan pengumpul-pemancar (BV_CEO) ialah 30 V. Julat suhu operasi adalah dari -40°C hingga +85°C.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini ditetapkan pada suhu ambien (T_a) 25°C dan mentakrifkan prestasi peranti di bawah keadaan operasi biasa.

2.2.1 Ciri-ciri Input (LED IR)

• Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.2 V pada arus hadapan (I_F) 20 mA, dengan maksimum 1.6 V. Ini adalah penting untuk mereka bentuk litar pemacu LED.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_P):940 nm, meletakkan pancarannya dalam spektrum inframerah dekat.

2.2.2 Ciri-ciri Output (Fototransistor)

• Arus Gelap (I_CEO):Arus bocor apabila tiada cahaya tuju, dengan maksimum 100 nA pada V_CE=10V. Nilai yang lebih rendah menunjukkan prestasi keadaan luar yang lebih baik.
• Arus Cahaya (I_C(ON)):Arus pengumpul apabila LED aktif dan cahaya dipantulkan ke penerima. Ia mempunyai julat luas dari 0.5 mA hingga 15.0 mA di bawah keadaan ujian V_CE=2V dan I_F=4mA. Parameter ini sangat bergantung pada kerefleksian dan jarak objek sasaran.
• Masa Naik/Jatuh (t_r, t_f):Biasanya 20 μsec setiap satu, mentakrifkan kelajuan pensuisan sensor.

3. Analisis Keluk Prestasi

Datasheet menyediakan beberapa graf yang menggambarkan hubungan antara parameter utama di bawah pelbagai keadaan. Ini adalah penting untuk memahami tingkah laku dunia sebenar di luar titik biasa 25°C.

3.1 Ciri-ciri LED IR

Keluk menunjukkan bagaimana arus hadapan berubah dengan suhu ambien dan voltan hadapan. Voltan hadapan mempunyai pekali suhu negatif, bermakna ia berkurangan apabila suhu meningkat. Keluk taburan spektrum mengesahkan pancaran puncak pada 940 nm, dengan panjang gelombang puncak itu sendiri beralih sedikit dengan suhu.

3.2 Ciri-ciri Fototransistor

Keluk penting termasuk Arus Gelap Pengumpul vs. Suhu Ambien (meningkat secara eksponen dengan suhu), Arus Pengumpul vs. Sinaran (menunjukkan tindak balas fototransistor kepada keamatan cahaya), dan Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar. Keluk kepekaan spektrum menunjukkan penerima paling sensitif kepada cahaya inframerah sekitar 800-900 nm, sepadan dengan output LED 940 nm.

3.3 Ciri-ciri Sensor Lengkap (ITR)

Graf ini memodelkan tingkah laku sensor dalam persediaan reflektif praktikal. KelukArus Pengumpul Relatif vs. Jarakadalah kritikal untuk reka bentuk sistem, menunjukkan bagaimana isyarat output merosot apabila jurang antara sensor dan permukaan reflektif (seperti kaca sejatan aluminium) meningkat. Keluk lain menunjukkan variasi output apabila kad bergerak merentasi medan pandangan sensor, berguna untuk pengesanan tepi atau slot. Graf Masa Tindak Balas vs. Rintangan Beban membantu dalam memilih perintang tarik atas yang sesuai untuk mengoptimumkan kelajuan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

Peranti ini datang dalam pakej permukaan-pasang yang padat. Datasheet menyediakan lukisan dimensi terperinci dengan ukuran kritikal seperti panjang keseluruhan, lebar, tinggi, jarak kaki, dan dimensi pad. Semua toleransi biasanya ±0.1 mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Jurutera mesti merujuk lukisan tepat ini untuk reka bentuk tapak kaki PCB bagi memastikan pateri dan penjajaran mekanikal yang betul.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Pakej termasuk tanda atau bentuk khusus untuk menunjukkan pin 1. Orientasi yang betul semasa pemasangan adalah penting, kerana sambungan terbalik boleh merosakkan peranti. Pinout mengenal pasti anod dan katod LED IR serta pengumpul dan pemancar fototransistor.

5. Garis Panduan Pateri, Pemasangan dan Penyimpanan

5.1 Kepekaan Kelembapan dan Penyimpanan

Peranti ini dinilai Tahap Kepekaan Kelembapan (MSL) 4. Arahan pengendalian utama termasuk:

• Jangka hayat dalam beg penghalang kelembapan tertutup asal: 12 bulan pada <40°C dan <90% RH.
• Selepas membuka beg, peranti mesti dipasang dalam masa 72 jam jika disimpan di keadaan kilang (<30°C/60%RH), atau disimpan dalam persekitaran kering (<20% RH).
• Jika Kad Penunjuk Kelembapan (HIC) melebihi 20% RH, pembakaran diperlukan sebelum pateri alir balik (contohnya, 24 jam pada 125°C).

5.2 Syarat Pateri Alir Balik

Profil suhu pateri alir balik bebas plumbum yang disyorkan disediakan. Langkah berjaga-jaga utama termasuk:

• Mengehadkan pateri alir balik kepada maksimum dua kitaran.
• Mengelakkan tekanan mekanikal pada pakej semasa pemanasan.
• Mengelakkan kelekukan PCB selepas pateri.

5.3 Pembaikan

Pembaikan selepas pateri tidak digalakkan. Jika tidak dapat dielakkan, besi pateri berkepala dua harus digunakan untuk memanaskan kedua-dua belah komponen secara serentak, mengurangkan tekanan haba. Kesan potensi pada ciri peranti mesti dinilai terlebih dahulu.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pembungkusan

Aliran pembungkusan standard ialah: 1000 keping setiap gegelung, 15 gegelung setiap kotak, dan 2 kotak setiap karton.

6.2 Dimensi Pita dan Gegelung

Lukisan terperinci untuk pita pembawa (dimensi poket, pic) dan gegelung (diameter, saiz hab) disediakan untuk digunakan dalam pengaturcaraan mesin pick-and-place automatik.

6.3 Spesifikasi Label

Label pembungkusan termasuk medan untuk Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Produk (P/N), Kuantiti (QTY), dan Nombor Lot (LOT No.), antara lain, untuk kebolehjejakan.

7. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

7.1 Litar Aplikasi Biasa

Litar aplikasi asas melibatkan menyambungkan perintang had arus secara bersiri dengan anod LED IR. Fototransistor biasanya disambungkan dengan pengumpul ke perintang tarik atas (V_CC) dan pemancar ke bumi. Voltan pada nod pengumpul berfungsi sebagai isyarat output digital atau analog. Nilai perintang tarik atas (R_L) mempengaruhi kedua-dua ayunan voltan output dan masa tindak balas, seperti yang ditunjukkan dalam keluk datasheet.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Kerefleksian Objek:Output sensor (I_C(ON)) adalah berkadar terus dengan kerefleksian permukaan sasaran. Bahan reflektif tinggi (contohnya, plastik putih, logam) memberikan isyarat kuat, manakala bahan gelap atau penyerap mungkin tidak.
• Jarak dan Penjajaran:Jarak penderiaan adalah pendek (biasanya beberapa milimeter). Penjajaran mekanikal tepat antara sensor dan laluan sasaran adalah kritikal untuk operasi konsisten.
• Kekebalan Cahaya Ambien:Walaupun kepekaan spektrum penerima memotong cahaya nampak, sumber inframerah ambien kuat (contohnya, cahaya matahari, mentol pijar) boleh menyebabkan gangguan. Perisai optik atau teknik modulasi/demodulasi mungkin diperlukan dalam persekitaran sedemikian.
• Bunyi Elektrik:Dalam persekitaran bising, kapasitor pintasan berhampiran peranti dan susun atur PCB yang teliti adalah disyorkan.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding fototransistor atau fotodiod yang lebih ringkas, ITR8307 menggabungkan kedua-dua pemancar dan penerima, memudahkan reka bentuk dan penjajaran optik. Berbanding sensor transmisi (yang memerlukan objek memutuskan pancaran antara komponen berasingan), sensor reflektif membolehkan reka bentuk mekanikal yang lebih ringkas dengan penderiaan pada satu sisi objek. Pembeza utama adalah pakej SMD padatnya, pematuhan kepada peraturan alam sekitar moden (bebas plumbum, bebas halogen), dan prestasi yang didokumenkan dengan baik merentasi suhu.

9. Soalan Lazim (FAQ) Berdasarkan Parameter Teknikal

S: Apakah jarak penderiaan biasa?

J: Jarak bukan spesifikasi tetap tetapi bergantung pada kerefleksian sasaran dan arus output yang diperlukan. Graf "Arus Pengumpul Relatif vs. Jarak" menunjukkan isyarat merosot dengan ketara melebihi 1-2 mm untuk permukaan reflektif standard. Reka bentuk untuk jarak boleh dipercayai terpendek.

S: Bolehkah saya memacu LED dengan sumber voltan secara langsung?

J: Tidak boleh. LED ialah peranti pacuan arus. Anda mesti menggunakan perintang had arus bersiri untuk menetapkan arus hadapan (I_F) kepada nilai yang dikehendaki (contohnya, 20 mA) berdasarkan voltan bekalan anda (V_CC) dan voltan hadapan LED (V_F≈ 1.2V). R_had= (V_CC- V_F) / I_F.

S: Mengapa terdapat julat yang begitu luas untuk Arus Cahaya (0.5 hingga 15.0 mA)?

J: Julat ini mengambil kira variasi pembuatan biasa dalam kedua-dua kuasa output LED dan sensitiviti fototransistor. Ia juga menekankan pergantungan kuat parameter pada sasaran reflektif khusus dan jarak dalam aplikasi. Reka bentuk litar mesti menampung julat ini, selalunya menggunakan pembanding dengan ambang boleh laras dan bukannya bergantung pada nilai arus mutlak.

S: Bagaimana saya mentafsir penarafan MSL 4?

J: MSL 4 bermakna pakej boleh menyerap tahap kelembapan merosakkan dari udara selepas 72 jam pendedahan kepada keadaan lantai kilang standard. Untuk mengelakkan "popcorning" atau pengelupasan semasa proses alir balik suhu tinggi, anda mesti mengikuti garis panduan penyimpanan, pengendalian dan pembakaran ketat yang digariskan dalam Seksyen 5.1.

10. Contoh Aplikasi Praktikal

Senario: Pengesanan Kertas dalam Pencetak.

Sensor boleh dipasang berhampiran laluan suapan kertas. Jalur reflektif diletakkan pada penggelek atau permukaan tetap bertentangan dengan lokasi sensor. Apabila kertas tidak hadir, cahaya IR dipantulkan dari jalur kembali ke penerima, menjana output tinggi (logik TINGGI). Apabila sehelai kertas melalui antara sensor dan jalur, ia menyekat atau mengurangkan dengan ketara cahaya yang dipantulkan, menyebabkan output jatuh (logik RENDAH). Peralihan ini boleh dikesan oleh mikropengawal untuk mengesahkan kehadiran kertas, mengesan keketatan, atau mengira halaman. Masa tindak balas pantas (20 μs) membolehkan pengesanan walaupun pada kelajuan suapan kertas tinggi.

11. Prinsip Operasi

Peranti beroperasi berdasarkan prinsip pantulan cahaya termodulat. LED IR dalaman memancarkan pancaran cahaya inframerah 940 nm. Cahaya ini bergerak keluar dari pakej. Jika objek reflektif berada dalam jarak dekat dan dalam medan pandangan kedua-dua LED dan fototransistor, sebahagian cahaya yang dipancarkan akan dipantulkan kembali. Fototransistor NPN bertindak sebagai sumber arus kawalan cahaya. Apabila foton inframerah yang dipantulkan melanda kawasan asasnya, ia menjana pasangan elektron-lubang, secara berkesan mencipta arus asas. Arus asas ini diperkuat oleh gandaan transistor, menghasilkan arus pengumpul yang lebih besar (I_C). Magnitud arus pengumpul ini adalah berkadar dengan keamatan cahaya yang dipantulkan, yang seterusnya bergantung pada jarak dan kerefleksian objek sasaran. Dengan memantau I_C(atau voltan merentasi perintang beban), sistem boleh menentukan kehadiran atau kedekatan objek.

12. Trend Teknologi

Sensor optik reflektif seperti ITR8307 mewakili teknologi matang dan boleh dipercayai untuk pengesanan objek jarak dekat dan kos rendah. Trend semasa dalam bidang ini termasuk peminikroan lanjut pakej untuk muat ke dalam peranti pengguna yang semakin kecil, pengintegrasian litar penyelarasan isyarat (penguat, pencetus Schmitt, antara muka digital) dalam pakej yang sama untuk memudahkan reka bentuk sistem dan meningkatkan kekebalan bunyi, dan pembangunan sensor dengan penggunaan kuasa yang lebih rendah untuk peranti IoT beroperasi bateri. Terdapat juga dorongan berterusan untuk sensitiviti lebih tinggi dan penolakan cahaya ambien yang lebih baik melalui reka bentuk optik dan teknik penapisan yang dipertingkatkan.