Dokumen Teknikal ITR20001/T - Penderia Opto Interrupter - Pakej 4.0x4.0x2.5mm - Voltan Hadapan 1.2V - Panjang Gelombang Puncak 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

ITR20001/T ialah modul penderia opto interrupter reflektif yang direka untuk aplikasi penderiaan tanpa sentuh. Ia menggabungkan diod pemancar inframerah dan fototransistor silikon NPN dalam satu perumahan termoplastik hitam yang padat. Komponen-komponen ini diletakkan bersebelahan pada paksi optik yang menumpu. Dalam keadaan lalai, fototransistor tidak menerima sinaran daripada pemancar. Apabila objek reflektif memasuki jurang penderiaan, cahaya inframerah daripada pemancar dipantulkan oleh objek dan dikesan oleh fototransistor, menyebabkan perubahan dalam keadaan outputnya. Prinsip ini membolehkan pengesanan objek dan penderiaan kedudukan yang boleh dipercayai.

2. Ciri Utama dan Pematuhan

Peranti ini menawarkan beberapa kelebihan untuk reka bentuk elektronik:

• Masa Tindak Balas Pantas:Membolehkan pengesanan pantas yang sesuai untuk aplikasi berkelajuan tinggi.
• Kepekaan Tinggi:Fototransistor menyediakan isyarat output yang kuat berbanding dengan sinaran input.
• Operasi Inframerah:Mempunyai panjang gelombang pancaran puncak (λp) 940nm, yang tidak kelihatan oleh mata manusia, mengurangkan gangguan cahaya persekitaran.
• Pematuhan Alam Sekitar:Produk ini bebas plumbum, mematuhi peraturan RoHS dan EU REACH, dan bebas Halogen (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. Pemilihan dan Pembinaan Peranti

Modul ini dibina dengan bahan-bahan tertentu untuk prestasi optimum:

• Pemancar Inframerah (IR):Menggunakan cip GaAlAs (Gallium Aluminum Arsenide), diletakkan di belakang kanta jernih air untuk penghantaran inframerah yang cekap.
• Fototransistor (PT):Menggunakan cip Silikon, diletakkan di belakang kanta hitam untuk menapis cahaya nampak dan meningkatkan nisbah isyarat kepada hingar.

Perumahan hitam meminimumkan pantulan cahaya dalaman (crosstalk) antara pemancar dan pengesan apabila tiada objek hadir, memastikan keadaan mati yang boleh dipercayai.

4. Penarafan Maksimum Mutlak

Mengoperasikan peranti melebihi had ini boleh menyebabkan kerosakan kekal. Semua penarafan dinyatakan pada suhu ambien (Ta) 25°C.

4.1 Penarafan Input (Pemancar Inframerah)

• Pelesapan Kuasa (Pd):75 mW
• Voltan Songsang (VR):5 V
• Arus Hadapan Berterusan (IF):50 mA
• Arus Hadapan Puncak (IFP):1 A (Lebar denyut ≤100μs, Kitar tugas=1%)

4.2 Penarafan Output (Fototransistor)

• Pelesapan Kuasa Pengumpul (Pd):75 mW
• Arus Pengumpul (IC):20 mA
• Voltan Pengumpul-Pemancar (BV_CEO):30 V
• Voltan Pemancar-Pengumpul (BV_ECO):5 V

4.3 Penarafan Umum

• Suhu Operasi (T_opr):-40°C hingga +85°C
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +85°C
• Suhu Pateri Kaki (T_sol):260°C selama 5 saat (diukur 1/16 inci dari badan pakej).

5. Ciri Elektro-Optik

Parameter ini mentakrifkan prestasi elektrik dan optik di bawah keadaan ujian piawai (Ta=25°C).

5.1 Ciri Pemancar Inframerah (Input)

• Voltan Hadapan (V_F):1.2 V (Biasa) pada I_F= 20mA. Maksimum ialah 1.5V.
• Arus Songsang (I_R):Maksimum 10 μA pada V_R= 5V.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_P):940 nm (Biasa) pada I_F= 20mA.

5.2 Ciri Fototransistor (Output)

• Arus Gelap (I_CEO):Maksimum 100 nA pada V_CE= 5V dengan sinaran sifar (E_e=0). Ini ialah arus bocor apabila penderia dimatikan.
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(sat)):Maksimum 0.4 V pada I_C= 2mA dan sinaran 1 mW/cm². V_CE(sat)yang rendah adalah diingini untuk aplikasi pensuisan.
• Arus Pengumpul (Nisbah Pemindahan):
  • I_C(ON): Minimum 200 μA pada V_CE= 5V dan I_F= 20mA. Ini ialah arus apabila objek dikesan.
  • I_C(OFF): Maksimum 2 μA di bawah keadaan yang sama, mewakili arus baki apabila tiada objek hadir.
• Kelajuan Suis:
  • Masa Naik (t_r): 25 μs (Biasa)
  • Masa Jatuh (t_f): 25 μs (Biasa) Diukur dengan V_CE=5V, I_C=100μA, dan R_L=100Ω.

6. Analisis Lengkung Prestasi

Dokumen data teknikal menyediakan data grafik yang menggambarkan tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan.

6.1 Lengkung Pemancar Inframerah

• Arus Hadapan vs. Suhu Ambien:Menunjukkan penurunan arus hadapan maksimum yang dibenarkan apabila suhu meningkat.
• Kepekaan Spektrum:Mengesahkan jalur pancaran sempit yang berpusat sekitar 940nm.
• Panjang Gelombang Pancaran Puncak vs. Suhu:Menggambarkan anjakan kecil dalam panjang gelombang puncak dengan perubahan suhu.
• Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan (Lengkung IV):Menyediakan hubungan untuk mengira nilai perintang siri.
• Keamatan Sinaran vs. Arus Hadapan:Menunjukkan kuasa output optik sebagai fungsi arus pacuan.
• Keamatan Sinaran Relatif vs. Anjakan Sudut:Menggambarkan corak pancaran (profil alur) LED IR.

6.2 Lengkung Fototransistor

• Pelesapan Kuasa Pengumpul vs. Suhu Ambien:Menyediakan garis panduan penurunan untuk pengendalian kuasa fototransistor.
• Kepekaan Spektrum:Menunjukkan responsiviti fototransistor merentasi panjang gelombang, memuncak di kawasan inframerah untuk sepadan dengan pemancar.
• Arus Pengumpul Relatif vs. Suhu Ambien:Menunjukkan bagaimana kepekaan fototransistor berubah dengan suhu.
• Arus Pengumpul vs. Sinaran:Graf utama yang menunjukkan hubungan linear antara kuasa cahaya tuju dan arus output, mentakrifkan ciri pemindahan peranti.
• Arus Gelap Pengumpul vs. Suhu Ambien:Menunjukkan bagaimana arus bocor meningkat dengan suhu, penting untuk operasi suhu tinggi.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar:Lengkung ciri output yang menunjukkan fototransistor beroperasi di kawasan aktif dan ketepuannya di bawah tahap sinaran yang berbeza.

7. Maklumat Mekanikal dan Pakej

ITR20001/T dibungkus dalam pakej padat yang serasi dengan pemasangan permukaan.

7.1 Dimensi Pakej

Dimensi utama daripada lukisan yang disediakan adalah kira-kira 4.0mm panjang, 4.0mm lebar, dan 2.5mm tinggi (tidak termasuk kaki). Jarak kaki direka untuk pemasangan PCB piawai. Nota kritikal menyatakan kawasan penyejatan aluminium minimum 10.0mm, mungkin merujuk kepada zon larangan atau ciri penyebaran haba yang disyorkan pada PCB. Semua toleransi yang tidak dinyatakan adalah ±0.25mm.

7.2 Pengenalpastian Polarity

Pakej ini termasuk tanda atau bentuk tertentu untuk mengenal pasti anod dan katod pemancar IR serta pengumpul dan pemancar fototransistor. Pereka bentuk mesti merujuk lukisan dimensi untuk maklumat pinout yang tepat bagi memastikan susun atur dan pemasangan PCB yang betul.

8. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Peranti ini dinilai untuk pateri kaki pada 260°C selama 5 saat, diukur 1/16 inci (kira-kira 1.6mm) dari badan pakej. Ini serasi dengan proses pateri refluks inframerah (IR) atau perolakan piawai menggunakan pes pateri bebas plumbum (Sn-Ag-Cu). Penjagaan harus diambil untuk mengikuti profil refluks yang disyorkan untuk mengelakkan kejutan terma atau kerosakan pada perumahan plastik. Peranti harus disimpan dalam persekitaran kering dan terkawal sebelum digunakan.

9. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Spesifikasi pembungkusan piawai adalah seperti berikut:

• 200 keping setiap beg.
• 6 beg setiap kotak.
• 10 kotak setiap karton.

Label produk termasuk medan untuk Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Bahagian Pengilang (P/N), Kuantiti (QTY), dan pelbagai kod ranking untuk keamatan bercahaya (CAT), panjang gelombang dominan (HUE), dan voltan hadapan (REF). Nombor Lot dan kod tarikh (dikenal pasti oleh 'X' untuk bulan) juga disediakan untuk kebolehjejakan.

10. Cadangan Aplikasi

10.1 Senario Aplikasi Biasa

ITR20001/T sangat sesuai untuk pelbagai aplikasi penderiaan dan pensuisan tanpa sentuh, termasuk:

• Mekanisme Tetikus dan Mesin Fotokopi:Mengesahkan putaran roda atau cakera pengekod.
• Sistem Suis dan Pengimbas:Pengesanan kehadiran objek untuk pintu automatik, mesin layan diri, atau pengesanan kertas dalam pencetak.
• Pemacu Cakera Liut:Secara sejarah digunakan untuk mengesan tab perlindungan tulis atau kemasukan cakera.
• Suis Tanpa Sentuh Umum:Mana-mana aplikasi yang memerlukan pengesanan objek, pengiraan, atau penderiaan had tanpa sentuhan fizikal.
• Pemasangan Papan Langsung:Pakej SMD padatnya menjadikannya sesuai untuk reka bentuk PCB yang terhad ruang.

10.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Perintang Had Arus:Perintang siri mesti digunakan dengan pemancar IR untuk menghadkan arus hadapan (I_F) kepada nilai selamat, biasanya 20mA untuk operasi biasa. Kira menggunakan R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Perintang Beban:Perintang tarik-naik biasanya disambungkan antara pengumpul fototransistor dan voltan bekalan (V_CC). Nilai perintang ini (R_L) menentukan ayunan voltan output dan kelajuan suis. R_Lyang lebih kecil memberikan pensuisan lebih pantas tetapi variasi voltan output yang lebih rendah.
• Cahaya Ambien:Walaupun kanta hitam dan penapisan 940nm mengurangkan gangguan, sumber inframerah ambien yang sangat kuat (contohnya, cahaya matahari, mentol pijar) boleh menjejaskan prestasi. Perisai atau penapisan optik mungkin diperlukan dalam persekitaran yang keras.
• Permukaan Reflektif:Jarak penderiaan dan kebolehpercayaan bergantung pada reflektiviti objek sasaran. Permukaan putih atau logam memberikan respons terbaik; permukaan gelap atau mat mungkin memerlukan jarak jurang yang dikurangkan.
• Penjajaran:Paksi optik yang menumpu mentakrifkan jurang penderiaan tertentu. Objek mesti melalui jurang ini untuk pengesanan yang boleh dipercayai.

11. Perbandingan Teknikal dan Kelebihan

Berbanding dengan suis mekanikal atau penderia optik lain, ITR20001/T menawarkan faedah yang berbeza:

• vs. Suis Mekanikal:Menyediakan operasi tanpa sentuh, menghapuskan haus dan lusuh, membolehkan kelajuan suis yang lebih tinggi, dan menawarkan operasi senyap. Ia kebal terhadap lantunan sentuhan.
• vs. Penderia Berasaskan Fotodiod:Fototransistor bersepadu menyediakan gandaan arus, menghasilkan arus output yang lebih tinggi untuk input cahaya tertentu, selalunya menghapuskan keperluan untuk peringkat penguat tambahan dalam litar pengesanan hidup/mati yang mudah.
• vs. Pasangan Pemancar-Pengesan Diskret:Modul pra-terjajar dan berperumahan memudahkan reka bentuk dan pemasangan, memastikan penjajaran optik yang konsisten, dan menjimatkan ruang papan. Perumahan hitam bersepadu meminimumkan crosstalk dalaman.

12. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Apakah jarak penderiaan biasa?

J: Jarak penderiaan bukan parameter tetap; ia bergantung pada arus pacuan kepada pemancar IR, reflektiviti objek sasaran, dan arus output yang diperlukan daripada fototransistor. Pereka bentuk harus menggunakan graf "Arus Pengumpul vs. Sinaran" dan graf "Keamatan Sinaran vs. Arus Hadapan" untuk mengira isyarat yang dijangkakan untuk jurang dan reflektiviti tertentu.

S: Bolehkah saya memacu pemancar IR dengan sumber voltan secara langsung?

J: Tidak boleh. Pemancar IR ialah diod dan mesti mempunyai arusnya dihadkan oleh perintang siri luaran untuk mengelakkan kerosakan daripada arus berlebihan, seperti yang dinyatakan oleh Penarafan Maksimum Mutlak (I_Fmaks = 50mA).

S: Bagaimanakah saya menyambungkan output kepada mikropengawal?

J: Kaedah paling mudah ialah menggunakan fototransistor sebagai suis. Sambungkan perintang tarik-naik (contohnya, 10kΩ) dari pengumpul ke voltan logik mikropengawal (contohnya, 3.3V atau 5V). Sambungkan pemancar ke bumi. Nod pengumpul akan ditarik tinggi (logik 1) apabila tiada objek dikesan (gelap) dan akan ditarik rendah (logik 0) apabila objek memantulkan cahaya ke atas fototransistor, menghidupkannya.

S: Mengapakah masa tindak balas dinyatakan dengan perintang beban 100Ω?

J> Kelajuan suis dipengaruhi oleh pemalar masa RC yang dibentuk oleh kapasitan simpang fototransistor dan rintangan beban (R_L). R_Lyang lebih kecil (seperti 100Ω) memberikan pemalar masa yang lebih pantas, membolehkan pengukuran kelajuan intrinsik peranti. Dalam aplikasi sebenar dengan R_Lyang lebih besar untuk ayunan voltan yang lebih tinggi, kelajuan suis akan menjadi lebih perlahan.

13. Prinsip Operasi

ITR20001/T beroperasi berdasarkan prinsip pantulan cahaya termodulat. LED inframerah dalaman memancarkan cahaya pada 940nm. Fototransistor, yang sensitif kepada panjang gelombang ini, diletakkan supaya ia tidak secara langsung "melihat" alur cahaya LED di bawah keadaan biasa (tiada objek hadir). Outputnya kekal dalam keadaan impedan tinggi/arus rendah (arus gelap). Apabila objek reflektif memasuki jurang yang telah ditetapkan antara pemancar dan pengesan, ia memantulkan sebahagian cahaya inframerah ke kawasan aktif fototransistor. Cahaya tuju ini menjana arus asas dalam fototransistor, menyebabkannya hidup dan mengalirkan arus pengumpul yang jauh lebih tinggi (I_C(ON)). Perubahan dalam arus/voltan pada pin output ini dikesan oleh litar luaran, menandakan kehadiran objek.

14. Penafian dan Nota Penggunaan

Penafian kritikal daripada dokumen data teknikal mesti dipatuhi:

• Pengilang berhak untuk melaraskan bahan produk.
• Produk memenuhi spesifikasi yang diterbitkan selama 12 bulan dari tarikh penghantaran.
• Graf dan nilai biasa adalah untuk rujukan sahaja dan tidak dijamin.
• Penarafan Maksimum Mutlak tidak boleh dilampaui. Pengilang tidak bertanggungjawab atas kerosakan akibat penyalahgunaan.
• Produk ini tidak bertujuan untuk digunakan dalam aplikasi kritikal keselamatan, ketenteraan, penerbangan, automotif, perubatan, atau penyokong kehidupan tanpa perundingan dan kelulusan terlebih dahulu.