Spesifikasi ITR9909 Pemutus Opto - Pakej 4.0mm - Panjang Gelombang 940nm - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

ITR9909 ialah modul pemutus opto padat yang direka untuk aplikasi penderiaan tanpa sentuh. Ia menggabungkan diod pemancar inframerah (IRED) dan fototransistor silikon NPN dalam satu perumahan termoplastik hitam. Komponen-komponen ini diletakkan bersebelahan pada paksi optik yang menumpu. Prinsip operasi asas melibatkan fototransistor yang biasanya menerima radiasi daripada pemancar IR yang terletak bersama. Apabila objek legap melalui celah di antara mereka, ia mengganggu pancaran inframerah ini, menyebabkan perubahan yang dapat dikesan dalam keadaan keluaran fototransistor, membolehkan pengesanan objek, penderiaan kedudukan, atau fungsi pensuisan.

1.1 Ciri dan Kelebihan Teras

• Masa Tindak Balas Pantas:Membolehkan pengesanan objek yang bergerak pantas.
• Kepekaan Tinggi:Fototransistor silikon memberikan tindak balas elektrik yang kuat kepada cahaya inframerah.
• Panjang Gelombang Spesifik:IRED memancarkan pada panjang gelombang puncak (λp) 940nm, yang tidak kelihatan oleh mata manusia dan membantu mengurangkan gangguan daripada cahaya ambien yang kelihatan.
• Pematuhan Alam Sekitar:Peranti ini dihasilkan tanpa Pb, mematuhi piawaian RoHS, EU REACH, dan bebas halogen (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Integrasi Padat:Pakej gabungan ini memudahkan reka bentuk dan pemasangan PCB untuk aplikasi penderiaan jenis slot.

1.2 Aplikasi Sasaran

ITR9909 sesuai untuk pelbagai aplikasi yang memerlukan pengesanan tanpa sentuh yang boleh dipercayai:

• Pengekod putar dan penderia kedudukan dalam tetikus komputer dan mesin fotokopi.
• Pengesanan kertas dan penderiaan tepi dalam pengimbas dan pencetak.
• Pengesanan kehadiran cakera dalam pemacu cakera liut dan pemacu media lain.
• Pensuisan tanpa sentuh kegunaan am.
• Penderiaan peringkat papan di mana pemasangan langsung diperlukan.

2. Spesifikasi Teknikal dan Analisis Mendalam

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Mengendalikan peranti melebihi had ini boleh menyebabkan kerosakan kekal. Semua spesifikasi adalah pada Ta=25°C melainkan dinyatakan sebaliknya.

• Input (IRED):
  • 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%)
• Output (Fototransistor):
  • Pelesapan Kuasa Pengumpul (Pd): 75 mW
  • Arus Pengumpul (IC): 50 mA
  • Voltan Pengumpul-Pemancar (BV_CEO): 30 V
  • Voltan Pemancar-Pengumpul (BV_ECO): 5 V
• Persekitaran:
  • Suhu Operasi (T_opr): -25°C hingga +85°C
  • Suhu Penyimpanan (T_stg): -40°C hingga +85°C
  • Suhu Pateri Kaki (T_sol): 260°C selama 5 saat (1/16 inci dari badan)

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter prestasi tipikal pada Ta=25°C menentukan tingkah laku operasi peranti.

• Ciri Input (IRED):
  • Voltan Hadapan (V_F): Biasanya 1.2V pada IF=20mA (Maks 1.5V). Meningkat dengan arus denyut yang lebih tinggi.
  • Panjang Gelombang Puncak (λ_P): 940 nm (tipikal) apabila didorong pada 20mA.
• Ciri Output (Fototransistor):
  • Arus Gelap (I_CEO): Maksimum 100 nA pada V_CE=20V dalam kegelapan lengkap. Ini ialah arus bocor yang menentukan paras hingar keadaan "mati".
  • Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(sat)): Maksimum 0.4V pada I_C=2mA di bawah pencahayaan yang mencukupi (1mW/cm²). V_CE(sat) yang rendah adalah diingini untuk pensuisan digital yang bersih.
  • Arus Pengumpul (I_C(ON)): Minimum 200 µA pada V_CE=5V dan I_F=20mA. Ini ialah arus foto minimum terjamin di bawah keadaan ujian piawai.
• Ciri Dinamik:
  • Masa Naik (t_r) & Masa Jatuh (t_f): Biasanya 15 µs setiap satu. Parameter ini, diukur di bawah keadaan beban tertentu (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ), menentukan frekuensi pensuisan maksimum yang boleh dikendalikan oleh peranti dengan boleh dipercayai.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi ini menyediakan beberapa graf yang menggambarkan hubungan utama antara parameter operasi. Lengkung ini adalah penting untuk memahami tingkah laku peranti di bawah keadaan bukan piawai.

3.1 Lengkung Pemancar Inframerah (IRED)

• Arus Hadapan vs. Suhu Ambien:Menunjukkan penurunan arus hadapan maksimum yang dibenarkan apabila suhu ambien meningkat melebihi 25°C.
• Kepekaan Spektrum:Plot keamatan sinaran relatif berbanding panjang gelombang, memuncak pada 940nm dan menunjukkan lebar jalur sempit pemancar.
• Keamatan Sinaran Relatif vs. Arus Hadapan:Menunjukkan hubungan bukan linear antara arus pacuan dan output cahaya, yang cenderung tepu pada arus yang lebih tinggi.
• Keamatan Sinaran Relatif vs. Sesaran Sudut:Menggambarkan corak pancaran atau sudut pandangan IRED, penting untuk penjajaran optik.

3.2 Lengkung Fototransistor (PT)

• Pelesapan Kuasa Pengumpul vs. Suhu Ambien:Menyediakan lengkung penurunan kuasa untuk output fototransistor.
• Kepekaan Spektrum:Menunjukkan responsiviti fototransistor merentasi panjang gelombang, dengan kepekaan puncak biasanya dalam kawasan inframerah dekat, sepadan dengan pemancar 940nm.
• Arus Pengumpul Relatif vs. Suhu Ambien:Menunjukkan bagaimana gandaan atau responsiviti fototransistor berubah dengan suhu.
• Arus Pengumpul vs. Iradians:Lengkung asas yang menunjukkan hubungan linear (atau hampir linear) antara kuasa cahaya insiden (iradians) pada fototransistor dan arus pengumpul yang terhasil.
• Arus Gelap Pengumpul vs. Suhu Ambien:Menunjukkan bagaimana arus bocor (I_CEO) meningkat secara eksponen dengan kenaikan suhu, yang boleh menjejaskan nisbah isyarat-kepada-hingar dalam aplikasi suhu tinggi.
• Arus Pengumpul vs. Voltan Pengumpul-Pemancar:Serupa dengan ciri output transistor, menunjukkan kawasan operasi untuk tahap pencahayaan yang berbeza.

3.3 Lengkung Modul Lengkap (ITR)

• Arus Pengumpul Relatif vs. Jarak Antara Penderia:Ini ialah lengkung peringkat sistem yang kritikal. Ia menunjukkan bagaimana isyarat yang diterima (arus pengumpul) berubah apabila jarak antara objek yang mengganggu dan celah penderia berubah. Ia menentukan julat penderiaan berkesan dan hubungan antara kedudukan objek dan kekuatan isyarat output.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

ITR9909 datang dalam pakej lubang melalui standard. Dimensi utama daripada lukisan termasuk:

• Lebar dan ketinggian badan keseluruhan yang menentukan saiz slot.
• Jarak dan diameter kaki untuk pemasangan PCB.
• Lebar celah antara IRED dalaman dan fototransistor, yang menentukan saiz objek yang boleh dikesan.
• Lukisan dimensi menentukan toleransi piawai ±0.25mm melainkan dinyatakan sebaliknya.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Peranti ini menggunakan konfigurasi pinout piawai yang biasa untuk banyak pemutus opto: Anod dan Katod untuk input IRED, dan Pengumpul dan Pemancar untuk output fototransistor. Perumahan biasanya mempunyai tanda atau takuk untuk menunjukkan pin 1.

5. Garis Panduan Pemasangan dan Pengendalian

5.1 Cadangan Paterian

Penarafan maksimum mutlak menentukan bahawa kaki boleh dipateri pada 260°C selama maksimum 5 saat, dengan syarat titik pateri sekurang-kurangnya 1/16 inci (lebih kurang 1.6mm) dari badan plastik. Ini adalah untuk mengelakkan kerosakan haba kepada perumahan epoksi dan ikatan wayar dalaman. Untuk paterian gelombang atau aliran semula, profil piawai untuk komponen lubang melalui dengan had haba yang serupa harus diikuti.

5.2 Penyimpanan dan Pengendalian

Peranti harus disimpan dalam julat suhu yang ditentukan -40°C hingga +85°C dalam persekitaran kering. Langkah berjaga-jaga ESD (Nyahcas Elektrostatik) piawai harus dipatuhi semasa pengendalian, kerana komponen semikonduktor di dalamnya mudah rosak oleh elektrik statik.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

6.1 Spesifikasi Pembungkusan

Kuantiti pembungkusan piawai adalah seperti berikut:

• 150 keping setiap beg.
• 5 beg setiap kotak.
• 10 kotak setiap karton.

6.2 Maklumat Label

Label produk termasuk beberapa kod untuk kebolehjejakan dan spesifikasi:

• CPN:Nombor Produk Pelanggan.
• P/N:Nombor Produk Pengilang (cth., ITR9909).
• QTY:Kuantiti dalam pakej.
• CAT, HUE, REF:Ini mungkin merujuk kepada kod pengelasan dalaman untuk parameter seperti pangkat keamatan cahaya, pangkat panjang gelombang dominan, dan pangkat voltan hadapan, walaupun butiran pengelasan khusus tidak disediakan dalam petikan spesifikasi ini.
• No. LOT:Nombor lot pembuatan untuk kebolehjejakan.

7. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

7.1 Reka Bentuk Litar

Mereka bentuk dengan ITR9909 melibatkan dua litar utama:

1. Litar Pacuan IRED:Perintang had arus ringkas bersiri dengan IRED adalah piawai. Nilai perintang dikira sebagai R = (V_CC- V_F) / I_F. Untuk operasi yang boleh dipercayai dan hayat panjang, mengendalikan IRED pada atau di bawah 20mA tipikal adalah disyorkan melainkan pacuan denyut, arus tinggi diperlukan untuk keperluan nisbah isyarat-kepada-hingar tertentu.
2. Litar Output Fototransistor:Fototransistor boleh digunakan dalam dua konfigurasi biasa:
   • Mod Suis (Output Digital):Sambungkan perintang tarik atas dari pengumpul ke V_CC. Pemancar dibumikan. Apabila cahaya jatuh pada transistor, ia menghidupkan, menarik voltan pengumpul rendah (hampir V_CE(sat)). Apabila pancaran diganggu, transistor mematikan, dan perintang tarik atas membawa voltan pengumpul tinggi. Nilai perintang tarik atas menentukan kelajuan pensuisan dan penggunaan arus.
   • Mod Linear (Output Analog):Menggunakan fototransistor dalam konfigurasi pemancar biasa dengan perintang pengumpul, voltan pada pengumpul akan berubah secara linear dengan jumlah cahaya yang diterima, berguna untuk penderiaan kedudukan analog.

7.2 Pertimbangan Optik

• Penjajaran:Penjajaran mekanikal tepat laluan objek dengan celah penderia adalah penting untuk operasi yang konsisten.
• Cahaya Ambien:Walaupun penapis 940nm dan penderia yang sepadan memberikan penolakan cahaya kelihatan yang baik, sumber cahaya inframerah yang kuat (cth., cahaya matahari, mentol pijar) boleh menyebabkan gangguan. Menggunakan isyarat IR termodulat dan pengesanan segerak boleh meningkatkan imuniti kepada cahaya ambien dengan ketara.
• Ciri Objek:Penderia mengesan gangguan pancaran. Objek mesti legap kepada cahaya inframerah 940nm. Bahan lut sinar mungkin tidak dapat dikesan dengan boleh dipercayai.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

ITR9909 mewakili penyelesaian piawai dan boleh dipercayai dalam pasaran pemutus opto. Pembeza utama ialah gabungan spesifik IRED 940nm dengan fototransistor silikon dalam pakej padat, sisi pandang. Berbanding dengan penderia pantulan, pemutus menyediakan isyarat "hidup/mati" yang lebih pasti kerana mereka kurang terdedah kepada variasi dalam pantulan objek atau warna. Masa tindak balas pantas yang ditentukan (15µs tipikal) menjadikannya sesuai untuk aplikasi penderiaan kelajuan atau pengekodan, manakala kepekaan tinggi memastikan isyarat yang baik walaupun dengan arus pacuan yang lebih rendah atau dalam persekitaran berdebu. Pematuhan alam sekitar (RoHS, Bebas Halogen) adalah faktor kritikal untuk pembuatan elektronik moden.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Apakah kelajuan atau frekuensi penderiaan maksimum?

Frekuensi pensuisan maksimum adalah terhad oleh masa naik dan jatuh (t_r, t_f), biasanya 15µs setiap satu. Anggaran konservatif untuk kitaran hidup-mati lengkap adalah kira-kira 4 hingga 5 kali jumlah masa ini, mencadangkan frekuensi praktikal maksimum dalam julat 10-15 kHz. Ini sesuai untuk kebanyakan aplikasi pengekodan mekanikal.

9.2 Bagaimana saya memilih nilai untuk perintang had arus IRED?

Gunakan formula R = (Voltan Bekalan - V_F) / I_F. Untuk bekalan 5V dan mengendalikan pada keadaan ujian tipikal 20mA, dengan V_F~1.2V, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 Ohm. Perintang piawai 180 atau 200 Ohm akan sesuai. Sentiasa pastikan pelesapan kuasa yang dikira dalam perintang adalah dalam penarafannya.

9.3 Mengapa isyarat output tidak stabil atau bising?

Punca berpotensi termasuk: 1) Arus pacuan kepada IRED tidak mencukupi, mengakibatkan isyarat lemah. 2) Tahap cahaya inframerah ambien yang tinggi. 3) Arus gelap fototransistor (yang meningkat dengan suhu) menjadi ketara berbanding arus foto. 4) Hingar elektrik pada talian bekalan. Penyelesaian termasuk meningkatkan I_F(dalam had), menambah perisai optik, melaksanakan modulasi isyarat, menggunakan perintang tarik atas nilai lebih rendah untuk tindak balas lebih pantas, dan memastikan penyahgandingan bekalan kuasa yang baik.

9.4 Bolehkah saya menggunakan penderia ini di luar rumah?

Cahaya matahari langsung mengandungi jumlah radiasi inframerah yang ketara pada 940nm, yang boleh menepukan fototransistor dan menghalang operasi yang betul. Untuk penggunaan luar rumah, penapisan optik yang teliti, reka bentuk perumahan untuk menyekat cahaya matahari langsung, dan penggunaan isyarat IR termodulat sangat disyorkan.

10. Prinsip Operasi dan Trend Teknologi

10.1 Prinsip Kerja

ITR9909 beroperasi berdasarkan prinsip gangguan cahaya yang dihantar. Arus elektrik yang didorong melalui diod pemancar cahaya inframerah (IRED) menyebabkannya memancarkan foton pada panjang gelombang puncak 940 nanometer. Foton-foton ini bergerak merentasi celah udara kecil dan jatuh ke kawasan asas fototransistor silikon NPN. Foton menghasilkan pasangan elektron-lubang dalam simpang pengumpul-asas, yang bertindak sebagai fotodiod. Arus foto ini kemudiannya dikuatkan oleh tindakan transistor peranti, menghasilkan arus pengumpul yang jauh lebih besar yang boleh diukur dengan mudah oleh litar luaran. Apabila objek menyekat laluan antara pemancar dan pengesan secara fizikal, fluks foton berhenti, arus foto turun ke hampir sifar, dan transistor mematikan, menandakan kehadiran objek.

10.2 Konteks dan Trend Teknologi

Pemutus opto seperti ITR9909 adalah komponen matang dan difahami dengan baik. Trend semasa dalam bidang ini memberi tumpuan kepada beberapa bidang:

• Pengecilan:Pembangunan pakej permukaan-mount (SMD) yang lebih kecil untuk menjimatkan ruang papan dalam elektronik pengguna moden.
• Integrasi:Menggabungkan litar tambahan pada cip, seperti pencetus Schmitt untuk output digital, penguat untuk output analog, atau antara muka peringkat logik penuh (cth., output saluran terbuka).
• Prestasi Dipertingkatkan:Meningkatkan kelajuan untuk pengekod resolusi lebih tinggi, mengurangkan penggunaan kuasa untuk peranti beroperasi bateri, dan meningkatkan kepekaan untuk membenarkan arus pacuan lebih kecil atau celah penderiaan lebih besar.
• Pengkhususan:Mencipta varian dengan lebar slot berbeza, bentuk apertur, atau respons spektrum untuk segmen pasaran khusus seperti automotif, automasi perindustrian, atau peranti perubatan.

Prinsip asas gangguan optik kekal sebagai kaedah penderiaan tanpa sentuh yang teguh dan kos efektif, memastikan relevansi berterusan dalam pelbagai sistem elektromekanikal.