Dokumen Teknikal ITR20403 - Pengecah Opto Pakej 4.0x3.0x2.0mm - Voltan Hadapan 1.6V - Kuasa Terlesap 75mW - Inframerah 940nm

1. Gambaran Keseluruhan Produk

ITR20403 ialah modul pengecah opto padat yang direka untuk aplikasi penderiaan tanpa sentuhan. Ia menggabungkan diod pemancar inframerah (IRED) dan fototransistor silikon dalam satu perumahan termoplastik hitam bersaiz kecil. Fungsi utama peranti ini adalah untuk mengesan pemutusan pancaran cahaya inframerah antara komponen pemancar dan penerimanya.

1.1 Kelebihan Teras dan Pasaran Sasaran

Peranti ini menawarkan beberapa kelebihan utama yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi ketepatan. Masa tindak balas pantas dan kepekaan tinggi membolehkan pengesahan pergerakan objek pantas yang boleh dipercayai. Pakej nipis dan kecil memudahkan integrasi ke dalam reka bentuk terhad ruang yang biasa ditemui dalam elektronik pengguna dan peralatan automasi pejabat. Ciri teknikal penting ialah reka bentuk perumahan, yang membolehkan fototransistor menerima sinaran terutamanya dari LED IR bersepadu, sekali gus mengurangkan gangguan dan hingar dari sumber cahaya persekitaran. Pasaran sasaran utama termasuk peranti pengimejan, sistem pengendalian dokumen, dan pelbagai kawalan automasi yang memerlukan pengesanan kedudukan atau kehadiran yang tepat.

2. Analisis Parameter Teknikal Mendalam

Bahagian ini memberikan tafsiran objektif terperinci tentang spesifikasi elektrik, optik dan terma peranti seperti yang ditakrifkan dalam lembaran data.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan maksimum mutlak mentakrifkan had tekanan yang melebihinya boleh menyebabkan kerosakan kekal pada peranti. Ini bukan keadaan operasi yang disyorkan.

• Kuasa Terlesap Input (IRED) (Pd):Maksimum 75 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C. Melebihi had ini berisiko merosakkan cip LED secara terma.
• Voltan Songsang Input (VR):Maksimum 5 V. Menggunakan voltan songsang yang lebih tinggi boleh menyebabkan kerosakan simpang.
• Arus Hadapan Berterusan (IF):Maksimum 50 mA. Ini adalah arus DC tertinggi yang boleh ditahan oleh IRED.
• Kuasa Terlesap Output (Fototransistor) (Pd):Maksimum 75 mW pada atau di bawah 25°C.
• Arus Pengumpul (IC):Maksimum 20 mA untuk output fototransistor.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (BV_CEO):Maksimum 30 V. Ini adalah voltan kerosakan dengan tapak terbuka.
• Suhu Operasi (T_opr):-25°C hingga +80°C. Peranti dijamin berfungsi dalam julat suhu persekitaran ini.
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +85°C.
• Suhu Pateri Kaki (T_sol):Maksimum 260°C selama 5 saat, diukur 3mm dari badan pakej. Ini adalah kritikal untuk kawalan proses pemasangan.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur di bawah keadaan ujian piawai (Ta=25°C) dan mewakili prestasi tipikal peranti.

• Voltan Hadapan (V_F):Biasanya 1.23V, dengan maksimum 1.6V pada I_F=20mA. Parameter ini adalah penting untuk mereka bentuk litar pemacu had arus untuk IRED.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_P):940 nm. Ini adalah panjang gelombang nominal cahaya inframerah yang dipancarkan, yang sepadan dengan kepekaan puncak fototransistor penerima.
• Arus Gelap Pengumpul (I_CEO):Maksimum 100 nA pada V_CE=20V dengan pencahayaan sifar. Arus bocor ini menentukan paras hingar sensor dalam keadaan "mati".
• Voltan Ketepuan Pengumpul-Pemancar (V_CE(sat)):Maksimum 0.4V pada I_C=2mA dan sinaran (E_e) 1 mW/cm². Voltan ketepuan rendah adalah diingini untuk aplikasi pensuisan digital.
• Arus Pengumpul Keadaan-Hidup (I_C(on)):Julat dari minimum 0.2 mA hingga maksimum 5.0 mA di bawah keadaan ujian V_CE=5V dan I_F=20mA. Julat luas ini menunjukkan variasi nisbah pemindahan (CTR) antara peranti, yang mesti diambil kira dalam reka bentuk litar.
• Masa Naik/Jatuh (t_r, t_f):Biasanya 15 μsec setiap satu di bawah keadaan pensuisan tertentu. Ini mentakrifkan frekuensi pensuisan maksimum yang boleh dicapai untuk peranti.

3. Analisis Keluk Prestasi

Lembaran data termasuk keluk ciri tipikal yang memberikan pandangan tentang tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan.

3.1 Arus Hadapan vs. Suhu Persekitaran

Keluk ini menggambarkan penurunan nilai arus hadapan IRED yang diperlukan apabila suhu persekitaran meningkat. Untuk mengelakkan melebihi suhu simpang maksimum dan memastikan kebolehpercayaan jangka panjang, arus operasi mesti dikurangkan apabila peranti digunakan dalam persekitaran suhu tinggi. Pereka bentuk mesti merujuk graf ini untuk menentukan arus operasi selamat untuk suhu persekitaran maksimum aplikasi khusus mereka.

3.2 Kepekaan Spektrum

Keluk kepekaan spektrum berasingan disediakan untuk kedua-dua pemancar IR dan fototransistor. Keluk IRED menunjukkan keamatan sinaran relatif berbanding panjang gelombang, memuncak pada 940 nm. Keluk fototransistor menunjukkan tindak balas relatifnya berbanding panjang gelombang cahaya tuju, dengan puncak direka untuk sejajar dengan output pemancar. Tindak balas sempit dan sepadan ini mengurangkan kepekaan kepada cahaya persekitaran boleh lihat, ciri utama untuk operasi stabil dalam keadaan pencahayaan berbeza.

3.3 Arus Hadapan vs. Voltan Hadapan

Keluk IV untuk IRED ini menunjukkan hubungan bukan linear antara voltan hadapan dan arus. Ia adalah penting untuk memilih skim had arus yang sesuai (contohnya, perintang, sumber arus malar) untuk memastikan output IR stabil sepanjang julat suhu operasi dan merentasi variasi pengeluaran.

4. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

Peranti ini dibungkus dalam pakej padat. Dimensi utama termasuk lebar badan kira-kira 4.0 mm, kedalaman 3.0 mm, dan ketinggian 2.0 mm. Jarak kaki ialah 2.54 mm (0.1 inci), yang merupakan pic piawai untuk pemasangan PCB lubang tembus. Semua toleransi dimensi adalah ±0.25 mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Kaki diukur di mana ia keluar dari badan pakej.

4.2 Pengenalpastian Pola dan Pemasangan

Komponen ini mempunyai empat kaki. Konvensyen piawai untuk pengecah opto sedemikian ialah dua kaki di satu sisi milik pemancar inframerah (anod dan katod), dan dua di sisi bertentangan milik fototransistor (pemancar dan pengumpul). Susunan pin tepat mesti disahkan dari gambar rajah pakej. Semasa pemasangan, lubang PCB mesti sejajar tepat dengan kedudukan kaki untuk mengelakkan tekanan mekanikal pada badan epoksi semasa pemasukan, yang boleh menjejaskan prestasi atau menyebabkan kegagalan.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Pengendalian yang betul adalah kritikal untuk mengekalkan integriti dan prestasi peranti.

5.1 Pembentukan Kaki

Jika lenturan kaki diperlukan, ia mesti dilakukansebelumpateri. Lenturan harus dibuat pada jarak lebih daripada 3 mm dari bahagian bawah badan pakej epoksi. Bingkai kaki mesti dipegang dengan selamat semasa lenturan untuk mengelakkan tekanan dipindahkan ke mentol epoksi rapuh, yang boleh menyebabkan retakan atau kerosakan dalaman. Pemotongan kaki harus dilakukan pada suhu bilik.

5.2 Proses Pateri

Jarak minimum 3 mm mesti dikekalkan antara sambungan pateri dan mentol epoksi. Keadaan yang disyorkan ialah:

• Pateri Tangan:Suhu hujung besi maksimum 300°C (untuk besi 30W), masa pateri maksimum 3 saat setiap kaki.
• Pateri Gelombang/Celup:Suhu pemanasan awal maksimum 100°C sehingga 60 saat. Suhu tab mandi pateri maksimum 260°C dengan masa tinggal maksimum 5 saat.

Elakkan menggunakan sebarang tekanan mekanikal pada kaki semasa peranti berada pada suhu tinggi. Pateri celup atau tangan tidak boleh dilakukan lebih daripada sekali. Selepas pateri, peranti harus dilindungi dari kejutan mekanikal atau getaran sehingga ia kembali ke suhu bilik. Proses penyejukan pantas tidak disyorkan.

5.3 Pembersihan dan Penyimpanan

Pembersihan ultrasonik adalah dilarang, kerana getaran frekuensi tinggi boleh merosakkan komponen dalaman atau meterai epoksi. Untuk penyimpanan, peranti harus disimpan pada 10-30°C dan 70% RH atau kurang sehingga 3 bulan selepas penghantaran. Untuk penyimpanan lebih lama (sehingga satu tahun), bekas tertutup dengan atmosfera nitrogen pada 10-25°C dan 20-60% RH adalah disyorkan. Selepas membuka pembungkusan sensitif lembapan, peranti harus digunakan dalam masa 24 jam atau secepat mungkin, dengan mana-mana komponen baki dimeterai semula dengan segera.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Spesifikasi pembungkusan piawai ialah 120 keping setiap tiub, 96 tiub setiap kotak, dan 2 kotak setiap karton. Label pada pembungkusan termasuk medan untuk Nombor Bahagian Pelanggan (CPN), Nombor Bahagian Pengilang (P/N), Kuantiti Pembungkusan (QTY), Rujukan (REF), dan Nombor Lot (LOT No.).

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesanan Kertas dalam Pencetak/Penyalin/Pengimbas:Mengesan kehadiran kertas, ketakungan kertas, atau hujung hadapan/belakang dokumen.
• Pengesanan Kedudukan Penutup Kanta atau Penapis dalam Kamera:Mengesan sama ada penutup kanta dipasang atau jika roda penapis berada dalam kedudukan yang betul.
• Penderiaan Henti-Akhir Tanpa Sentuhan:Digunakan dalam pengimbas, plotter, atau peringkat automatik untuk mengesan kedudukan asal atau had tanpa sentuhan fizikal.
• Pengiraan atau Pengisihan Objek:Mengesan objek pada tali sawat penghantar apabila ia memutus pancaran inframerah.
• Pengesanan Cakera Pengekod Putar:Membaca slot dalam cakera berputar untuk mengukur kelajuan atau kedudukan (walaupun modul pengekod khusus selalunya lebih sesuai untuk tugas resolusi tinggi).

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk dan Antara Muka Litar

Apabila mereka bentuk dengan ITR20403, beberapa faktor mesti dipertimbangkan:

1. Had Arus untuk IRED:Perintang siri mesti dikira berdasarkan voltan bekalan (V_CC), arus hadapan yang dikehendaki (I_F, biasanya 20mA untuk output dinilai), dan susut voltan hadapan (V_F~1.23V). R = (V_CC- V_F) / I_F.
2. Litar Antara Muka Output:Fototransistor boleh digunakan dalam dua konfigurasi biasa:
   • Mod Suis:Sambungkan perintang tarik-naik (contohnya, 1kΩ hingga 10kΩ) dari pengumpul ke V_CC. Pemancar disambungkan ke bumi. Output pada pengumpul akan rendah (hampir V_CE(sat)) apabila pancaran tidak terhalang (transistor HIDUP) dan tinggi (V_CC) apabila pancaran disekat (transistor MATI).
   • Mod Analog:Fototransistor boleh digunakan dalam konfigurasi pemancar biasa dengan perintang pengumpul untuk menghasilkan voltan berkadar dengan keamatan cahaya. Walau bagaimanapun, tindak balas bukan linear dan pergantungan suhu menjadikannya kurang ideal untuk pengukuran analog tepat berbanding fotodiod dengan litar op-amp.
3. Kekebalan Hingar:Walaupun tahan kepada cahaya persekitaran, litar masih boleh mengambil hingar elektrik. Kapasitor pintasan (0.1 μF) berhampiran pin kuasa peranti dan susun atur PCB yang teliti adalah disyorkan. Untuk kabel panjang atau persekitaran bising, perisai atau menggunakan output untuk memacu input pencetus Schmitt boleh meningkatkan kebolehpercayaan.
4. Reka Bentuk Apertur dan Slot:Objek yang memutus pancaran harus legap kepada inframerah. Resolusi dan kebolehulangan pengesanan bergantung pada lebar objek relatif kepada lebar slot dalam perumahan peranti. Untuk pengesanan tepi, bilah atau bendera dengan tepi tajam memberikan pemasaan yang paling tepat.

8. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

ITR20403 membezakan dirinya terutamanya melalui faktor bentuk padat dan nipis, yang menguntungkan dalam elektronik pengguna diminiaturkan. Masa tindak balas pantas 15 μs sesuai untuk mengesan peristiwa kelajuan sederhana tinggi. Perumahan bersepadu yang sepadan secara spektrum dengan pemancar dan penerima memberikan penolakan cahaya persekitaran semula jadi, ciri yang memudahkan reka bentuk berbanding menggunakan komponen diskret. Berbanding dengan sensor objek pantulan, pengecah menawarkan ketepatan kedudukan lebih tinggi dan kurang sensitif kepada warna atau kerefleksian objek sasaran. Berbanding dengan suis optik berslot dengan jurang lebih lebar, jurang sempit peranti ini membolehkan pengesanan objek lebih kecil atau pengesanan tepi lebih tepat.

9. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

9.1 Apakah arus operasi biasa untuk LED IR?

Ciri-ciri elektro-optik diuji pada I_F= 20 mA, yang merupakan titik operasi biasa dan disyorkan untuk mencapai arus pengumpul keadaan-hidup yang ditentukan. Litar mesti direka untuk tidak melebihi penarafan maksimum mutlak 50 mA.

9.2 Mengapa terdapat julat yang begitu luas (0.2mA hingga 5.0mA) untuk Arus Pengumpul Keadaan-Hidup?

Julat ini mewakili variasi antara peranti dalam Nisbah Pemindahan Arus (CTR), iaitu nisbah arus output fototransistor (I_C) kepada arus input IRED (I_F). Variasi ini adalah semula jadi dalam proses pembuatan pengganding opto dan pengecah. Litar mesti direka untuk berfungsi dengan betul dengan I_C(on)minimum yang ditentukan (0.2mA) untuk memastikan kebolehpercayaan merentasi semua unit pengeluaran.

9.3 Bolehkah sensor ini digunakan di luar rumah?

Walaupun perumahan memberikan penolakan cahaya persekitaran yang baik, cahaya matahari langsung mengandungi sinaran inframerah ketara yang boleh memenuhi sensor. Untuk penggunaan luar rumah, penapisan optik tambahan, perisai, atau operasi berdenyut dengan pengesanan segerak akan diperlukan untuk prestasi boleh dipercayai. Julat suhu operasi (-25°C hingga +80°C) juga menghadkan aplikasi persekitaran melampau.

9.4 Berapa dekat objek perlu berada untuk memutus pancaran?

Peranti mempunyai jurang sempit dan fokus. Objek perlu melalui slot antara pemancar dan pengesan secara fizikal. Tiada keupayaan penderiaan "kedekatan"; pancaran mesti disekat sepenuhnya untuk keadaan output berubah dengan boleh dipercayai.

10. Kajian Kes Reka Bentuk dan Penggunaan

Senario: Sensor Habis-Kertas dalam Pencetak Meja.

Pelaksanaan:ITR20403 dipasang pada laluan suapan kertas pencetak. Tuas atau bendera, dilekatkan pada spring, terletak dalam slot sensor apabila tiada kertas. Apabila sehelai kertas disuap, ia menolak bendera keluar dari slot, membolehkan pancaran inframerah melalui dan menghidupkan fototransistor.

Reka Bentuk Litar:IRED didorong dengan 20mA melalui perintang had arus dari bekalan logik 5V pencetak. Pengumpul fototransistor disambungkan ke pin input mikropengawal 3.3V melalui perintang tarik-naik 4.7kΩ. Pemancar dibumikan.

Logik Perisian:Pin mikropengawal dikonfigurasikan sebagai input digital. Bacaan RENDAH menunjukkan pancaran tidak terhalang (bendera keluar, kertas ada). Bacaan TINGGI menunjukkan pancaran disekat (bendera masuk, tiada kertas), mencetuskan amaran "Kertas Habis" kepada pengguna. Logik penyahgoncangan (contohnya, dalam perisian) ditambah untuk mengabaikan getaran mekanikal bendera.

Pertimbangan Utama untuk Kes Ini:Mekanisme bendera mesti direka untuk memasuki slot sensor dengan boleh dipercayai dan sepenuhnya. Spring mesti memberikan daya yang mencukupi untuk pemulangan positif tetapi tidak terlalu banyak sehingga merosakkan kertas atau menyebabkan haus pada sensor. Kedudukan sensor mesti ditetapkan dengan selamat untuk mengekalkan penjajaran.

11. Prinsip Operasi

ITR20403 beroperasi berdasarkan prinsip penghantaran dan pengesanan cahaya termodulat. Diod pemancar cahaya inframerah (IRED) dibias hadapan dengan arus malar, menyebabkannya memancarkan foton pada panjang gelombang puncak 940 nm. Bertentangan secara langsung, dalam perumahan yang sama, adalah fototransistor silikon NPN. Apabila pancaran inframerah bergerak tanpa halangan merentasi jurang, ia mengenai kawasan tapak fototransistor. Foton yang diserap menghasilkan pasangan elektron-lubang, yang bertindak sebagai arus tapak, menghidupkan transistor dan membenarkan arus pengumpul (I_C) mengalir yang berkadar dengan keamatan cahaya. Apabila objek legap memasuki jurang, ia menyekat pancaran, arus tapak fototerjana berhenti, dan transistor dimatikan. Litar output menukar perubahan keadaan HIDUP/MATI ini kepada isyarat elektrik yang boleh digunakan. Perumahan termoplastik hitam berfungsi untuk mengandungi laluan cahaya, mencegah silang-optik, dan menyekat kebanyakan cahaya boleh lihat persekitaran, yang fotonnya secara amnya tidak mempunyai tenaga yang mencukupi untuk diserap oleh jurang jalur fototransistor silikon, dengan itu memberikan penapisan optik semula jadi.

12. Trend Teknologi

Pengecah opto seperti ITR20403 mewakili teknologi matang dan boleh dipercayai. Trend semasa dalam bidang ini memberi tumpuan kepada beberapa bidang: peminiaturan lanjut untuk membolehkan integrasi ke dalam peranti mudah alih dan boleh pakai yang lebih kecil; pembangunan versi peranti pemasangan permukaan (SMD) dengan keserasian pateri alir semula yang lebih baik untuk pemasangan automatik; peningkatan kelajuan pensuisan untuk menyokong kadar data lebih tinggi dalam aplikasi pengekod atau mesin lebih pantas; dan peningkatan ketahanan terhadap faktor persekitaran seperti suhu lebih tinggi, kelembapan, dan pencemaran. Terdapat juga trend ke arah mengintegrasikan fungsi tambahan, seperti pencetus Schmitt terbina dalam pada output untuk histeresis atau antara muka digital (I2C, SPI) untuk modul sensor lebih pintar dan boleh dialamatkan. Walau bagaimanapun, reka bentuk komponen diskret lubang tembus asas, seperti yang dilihat dalam ITR20403, kekal sangat kos efektif dan digunakan secara meluas dalam aplikasi di mana prestasi dan faktor bentuknya mencukupi.