Dokumen Teknikal ITR8102 Opto Interrupter - Dimensi Pakej 4.8x4.8x3.2mm - Voltan Hadapan 1.25V - Panjang Gelombang Puncak 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

ITR8102 ialah modul pemutus opto padat yang direka untuk aplikasi pengesanan tanpa sentuh. Ia menggabungkan diod pemancar inframerah (IRED) dan fototransistor silikon yang dijajar pada paksi optik yang bertemu dalam perumahan termoplastik hitam. Konfigurasi ini membolehkan fototransistor menerima sinaran daripada IRED dalam keadaan biasa. Apabila objek legap memutuskan laluan cahaya antara pemancar dan pengesan, fototransistor berhenti mengkonduksi, membolehkan pengesanan objek atau pengesanan kedudukan.

Ciri utama termasuk masa tindak balas pantas, sensitiviti tinggi, dan pematuhan kepada piawaian alam sekitar seperti RoHS dan EU REACH. Peranti ini dibina menggunakan bahan bebas plumbum.

2. Penerangan Mendalam Parameter Teknikal

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini mentakrifkan had di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi di bawah keadaan ini tidak dijamin.

• Pelesapan Kuasa Input (Pd):75 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C.
• Voltan Songsang Input (VR):Maksimum 5 V.
• Arus Hadapan Input (IF):Maksimum 50 mA.
• Pelesapan Kuasa Pengumpul Output (Pc):75 mW.
• Arus Pengumpul Output (IC):Maksimum 20 mA.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (BVCEO):Maksimum 30 V.
• Suhu Operasi (Topr):-25°C hingga +85°C.
• Suhu Penyimpanan (Tstg):-40°C hingga +85°C.
• Suhu Pematerian Kaki (Tsol):260°C selama kurang daripada 5 saat, diukur 3mm dari pakej.

2.2 Ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur pada Ta=25°C dan mentakrifkan prestasi operasi biasa.

• Voltan Hadapan (VF):Biasanya 1.25V, dengan maksimum 1.60V pada IF=20mA.
• Arus Songsang (IR):Maksimum 10 μA pada VR=5V.
• Panjang Gelombang Puncak (λP):940 nm pada IF=20mA.
• Arus Gelap (ICEO):Maksimum 100 nA pada VCE=20V dengan sinaran sifar (Ee=0 mW/cm²).
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (VCE(sat)):Maksimum 0.4V pada IC=0.9mA dan IF=20mA.
• Arus Pengumpul (IC(ON)):Minimum 0.9mA, nilai biasa lebih tinggi, sehingga maksimum 15mA pada VCE=5V dan IF=20mA.
• Masa Naik/Turun (tr, tf):Biasanya 15 μsec setiap satu di bawah keadaan ujian tertentu (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ).

3. Analisis Lengkung Prestasi

3.1 Ciri Pemancar IR

Dokumen data menyediakan lengkung biasa untuk komponen pemancar inframerah. LengkungArus Hadapan vs. Voltan Hadapanmenunjukkan hubungan tak linear, penting untuk mereka bentuk litar pemacu had arus. LengkungArus Hadapan vs. Suhu Persekitaranmenggambarkan penurunan nilai yang diperlukan untuk arus hadapan maksimum yang dibenarkan apabila suhu persekitaran meningkat untuk mengelakkan terlalu panas. LengkungTaburan Spektrummengesahkan pancaran puncak pada 940nm, yang optimum untuk memadankan sensitiviti fototransistor dan meminimumkan gangguan daripada cahaya tampak persekitaran.

3.2 Ciri Fototransistor

Lengkung utama untuk fototransistor ialah plotSensitiviti SpektrumIa menunjukkan responsiviti pengesan merentasi panjang gelombang yang berbeza, memuncak di kawasan inframerah dekat sekitar 940nm. Padanan spektrum tepat dengan output pemancar IR ini memastikan sensitiviti tinggi dan nisbah isyarat-ke-bunyi dalam sistem pengesanan.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

4.1 Dimensi Pakej

ITR8102 ditempatkan dalam pakej pandangan sisi 4-pin standard. Dimensi kritikal termasuk saiz badan keseluruhan kira-kira 4.8mm panjang, 4.8mm tinggi, dan 3.2mm lebar (tidak termasuk kaki). Jarak kaki ialah 2.54mm (0.1 inci). Semua dimensi dalam milimeter dengan toleransi umum ±0.3mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Kaki muncul dari bahagian bawah perumahan plastik hitam, yang bertindak sebagai penghalang optik untuk mengelakkan silang bicara antara pemancar dan pengesan.

4.2 Pengenalpastian Kutub

Komponen menggunakan konfigurasi pinout standard. Apabila melihat peranti dari hadapan (sisi dengan bukaan kanta), pin biasanya disusun seperti berikut dari kiri ke kanan: Anod IRED, Katod IRED, Pemancar fototransistor, Pengumpul fototransistor. Adalah penting untuk merujuk rajah pakej untuk pengenalpastian muktamad bagi memastikan sambungan litar yang betul.

5. Panduan Pematerian dan Pemasangan

5.1 Pembentukan Kaki

Kaki mesti dibentuk sebelum pematerian. Bengkokan harus berlaku pada jarak lebih daripada 3mm dari bahagian bawah badan pakej epoksi untuk mengelakkan retakan akibat tekanan atau kemerosotan prestasi. Bingkai kaki mesti dipegang dengan selamat semasa membengkok untuk mengelakkan tekanan pada mentol epoksi. Pemotongan kaki harus dilakukan pada suhu bilik.

5.2 Proses Pematerian

Keadaan pematerian yang disyorkan adalah kritikal untuk kebolehpercayaan.

• Pematerian Tangan:Suhu hujung besi maksimum 300°C (untuk besi 30W), masa pematerian maksimum 3 saat setiap kaki.
• Pematerian Gelombang/DIP:Suhu pemanasan awal maksimum 100°C sehingga 60 saat. Suhu mandian pateri maksimum 260°C untuk masa tinggal maksimum 5 saat.
• Jarak Kritikal:Sambungan pateri mestilah sekurang-kurangnya 3mm dari mentol epoksi untuk mengelakkan kerosakan haba.
• Had Proses:Pematerian celup atau tangan tidak boleh dilakukan lebih daripada sekali.

Profil suhu pematerian yang disyorkan disediakan, menekankan peningkatan terkawal, dataran suhu puncak, dan fasa penyejukan terkawal untuk meminimumkan kejutan haba.

5.3 Pembersihan dan Penyimpanan

Pembersihan ultrasonik adalah dilarang kerana boleh merosakkan komponen dalaman atau meterai epoksi. Untuk penyimpanan, peranti harus disimpan pada 10-30°C dan ≤70% RH sehingga 3 bulan selepas penghantaran. Untuk penyimpanan lebih lama (sehingga satu tahun), atmosfera nitrogen pada 10-25°C dan 20-60% RH adalah disyorkan. Selepas membuka beg penghalang lembapan, peranti harus digunakan dalam masa 24 jam atau dimeterai semula dengan segera.

6. Pembungkusan dan Maklumat Pesanan

Spesifikasi pembungkusan standard ialah 100 keping setiap tiub, 20 tiub setiap kotak, dan 4 kotak setiap karton, menjumlahkan 8000 keping setiap karton. Label pada pembungkusan termasuk medan untuk Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Bahagian Pengilang (P/N), Kuantiti Pembungkusan (QTY), dan Nombor Lot (LOT No.) untuk kebolehjejakan.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

ITR8102 sesuai untuk pelbagai aplikasi pengesanan dan pensuisan tanpa sentuh, termasuk tetapi tidak terhad kepada:

• Pengesanan Kedudukan dalam Pencetak/Pengimbas/Penyalin:Mengesan kehadiran kertas, kedudukan dulang, atau kedudukan asas kereta.
• Pengekodan Berputar:Digunakan bersama roda berslot untuk mengukur kelajuan atau kedudukan dalam motor, kipas, atau pemacu cakera liut.
• Pengesanan Objek:Mengesan kehadiran atau ketiadaan objek dalam mesin layan diri, automasi perindustrian, atau sistem keselamatan.
• Pensuisan Tanpa Sentuh:Melaksanakan suis tanpa sentuh dalam elektronik pengguna atau perkakas.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Perintang Had Arus:Perintang luaran mesti disambung secara bersiri dengan anod IRED untuk menghadkan arus hadapan (IF) kepada nilai yang dikehendaki (contohnya, 20mA untuk operasi biasa), dikira berdasarkan voltan bekalan dan voltan hadapan IRED (VF).
• Pincangan Fototransistor:Perintang beban (RL) disambungkan antara pengumpul fototransistor dan bekalan positif. Nilai RL menentukan ayunan voltan output dan kelajuan pensuisan. Nilai biasa ialah 1kΩ.
• Kekebalan Cahaya Persekitaran:Perumahan hitam dan pasangan panjang gelombang padanan 940nm memberikan penolakan yang baik terhadap cahaya tampak persekitaran. Untuk persekitaran IR persekitaran tinggi, teknik modulasi/penyahmodulasi mungkin diperlukan.
• Reka Bentuk Apertur dan Jurang:Jarak pengesanan dan resolusi bergantung pada saiz dan penjajaran objek yang memutuskan pancaran. Paksi optik yang bertemu mentakrifkan jurang pengesanan tertentu.
• Pengurusan Haba:Arus hadapan mesti diturunkan nilai pada suhu persekitaran yang lebih tinggi mengikut lengkung penurunan nilai untuk memastikan pelesapan kuasa input (Pd) tidak melebihi had selamat.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

ITR8102 menawarkan set spesifikasi yang seimbang untuk pemutusan opto kegunaan am. Pembeza utama termasuk masa tindak balas 15μs yang agak pantas sesuai untuk pengesanan kelajuan sederhana, arus pengumpul minimum tinggi (0.9mA) memastikan isyarat output yang kuat, dan pakej padat, standard industri. Berbanding dengan sensor pantulan, modul pemutus seperti ITR8102 memberikan kebolehpercayaan dan konsistensi yang lebih tinggi kerana ia kebal terhadap variasi pantulan objek sasaran. Konfigurasi sisi-dengan-sisi dengan jurang fizikal adalah ideal untuk mengesan objek yang melalui satah tertentu.

9. Soalan Lazim (FAQ)

9.1 Apakah jarak atau jurang pengesanan biasa?

Jurang pengesanan ditakrifkan oleh pemisahan mekanikal antara kanta pemancar dan pengesan di dalam pakej. Untuk ITR8102, ini adalah jurang dalaman yang tetap. Peranti mengesan sebarang objek legap yang dimasukkan ke dalam jurang ini dan memutuskan pancaran inframerah. "Jarak pengesanan" berkesan pada dasarnya sifar, kerana objek mesti memasuki slot secara fizikal.

9.2 Bolehkah saya memacu IRED dengan sumber voltan secara langsung?

Tidak. IRED ialah diod dengan rintangan dinamik dan susutan voltan hadapan. Menyambungkannya secara langsung ke sumber voltan yang melebihi VF-nya akan menyebabkan aliran arus yang berlebihan, berpotensi memusnahkan peranti. Perintang had arus bersiri adalah wajib.

9.3 Bagaimanakah cara saya menyambung output fototransistor ke mikropengawal?

Fototransistor bertindak sebagai suis bergantung cahaya. Dengan perintang beban (RL) disambungkan ke VCC, output pengumpul akan ditarik rendah (hampir VCE(sat)) apabila pancaran tidak dihalang (keadaan ON). Apabila pancaran dihalang, transistor dimatikan, dan output pengumpul menjadi tinggi (ke VCC). Isyarat digital ini boleh dibaca secara langsung oleh pin input digital mikropengawal. Untuk pengesanan analog keamatan cahaya, voltan merentasi RL boleh diukur dengan ADC, walaupun kelinearan mungkin terhad.

9.4 Mengapakah jarak pematerian (3mm) sangat kritikal?

Pakej epoksi yang merangkumi cip semikonduktor adalah sensitif kepada tekanan haba melampau. Pematerian terlalu dekat dengan badan boleh memindahkan haba berlebihan, berpotensi meretakkan epoksi, merosakkan ikatan wayar di dalam, atau mengubah sifat optik kanta, membawa kepada kegagalan serta-merta atau mengurangkan kebolehpercayaan jangka panjang.

10. Kes Reka Bentuk Praktikal

Kes: Sensor Habis Kertas dalam Pencetak Meja

Dalam aplikasi ini, ITR8102 dipasang pada papan utama pencetak, diletakkan supaya jurang pengesanannya selari dengan laluan yang dilalui oleh timbunan kertas. Tuas atau bendera mekanikal yang dilekatkan pada dulang kertas bergerak ke dalam jurang sensor apabila kertas habis.

Pelaksanaan Litar:IRED dipacu dengan arus tetap 20mA daripada bekalan logik 5V pencetak melalui perintang bersiri 180Ω ((5V - 1.25V)/20mA ≈ 187Ω, nilai standard 180Ω). Pengumpul fototransistor disambungkan ke bekalan 5V melalui perintang tarik-atas 4.7kΩ dan juga ke pin GPIO pada mikropengawal pencetak.

Operasi:Apabila kertas hadir, bendera berada di luar jurang, pancaran tidak terganggu, fototransistor ON, menarik output pengumpul RENDAH. Mikropengawal membaca logik '0', menunjukkan kertas hadir. Apabila kertas habis, bendera memasuki jurang, menghalang pancaran. Fototransistor dimatikan, membenarkan perintang tarik-atas membawa output pengumpul TINGGI. Mikropengawal membaca logik '1', mencetuskan amaran "Kertas Habis" pada antara muka pengguna. Masa tindak balas pantas ITR8102 memastikan pengesanan serta-merta.

11. Prinsip Operasi

ITR8102 beroperasi berdasarkan prinsip penghantaran dan pengesanan cahaya termodulat. Diod pemancar cahaya inframerah (IRED) dalaman memancarkan foton pada panjang gelombang puncak 940nm apabila dipincang hadapan dengan arus yang sesuai. Foton ini bergerak merentasi jurang udara kecil yang dijajar tepat dalam perumahan. Fototransistor silikon, yang diletakkan bertentangan dengan IRED, sensitif kepada panjang gelombang khusus ini. Apabila foton menghentam kawasan asas fototransistor, ia menghasilkan pasangan elektron-lubang, secara efektif mencipta arus asas yang menghidupkan transistor, membenarkan arus pengumpul yang lebih besar mengalir. Arus pengumpul ini berkadar dengan keamatan cahaya inframerah yang diterima. Apabila objek legap memasuki jurang, ia menyekat fluks foton, arus asas fototransistor turun ke hampir sifar (arus gelap), dan transistor dimatikan. Keadaan elektrik ON/OFF yang berbeza pada output ini sepadan secara langsung dengan kehadiran atau ketiadaan objek dalam laluan optik.

12. Trend Teknologi

Teknologi pemutus opto terus berkembang seiring dengan kemajuan dalam optoelektronik dan pembuatan. Trend termasuk pembangunan peranti dengan jejak pakej yang lebih kecil untuk membolehkan pengecilan dalam elektronik pengguna dan boleh pakai. Terdapat juga dorongan ke arah kelajuan pensuisan yang lebih tinggi untuk menyokong pengekodan data lebih pantas dan automasi perindustrian berkelajuan tinggi. Integrasi fungsi tambahan, seperti pencetus Schmitt terbina dalam untuk penyelarasan isyarat atau perintang had arus, memudahkan reka bentuk litar. Tambahan pula, penambahbaikan dalam bahan dan proses acuan meningkatkan ketahanan alam sekitar, membolehkan operasi dalam julat suhu dan kelembapan yang lebih luas untuk aplikasi automotif dan perindustrian. Prinsip asas kekal teguh, memastikan relevansi berterusan pemutus opto untuk pengesanan kedudukan dan objek tanpa sentuh yang boleh dipercayai.