Dokumen Teknikal ITR8307/F43 - Penderia Optik Reflektif dengan LED Inframerah & Fototransistor - Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

ITR8307/F43 ialah penderia optik reflektif permukaan-pasang yang padat, direka untuk pengesanan objek jarak dekat. Ia menggabungkan diod pemancar cahaya inframerah (IR-LED) dan fototransistor silikon NPN berkepekaan tinggi dalam satu pakej plastik tunggal. Fungsi utamanya adalah untuk mengesan kehadiran atau ketiadaan objek dengan memancarkan cahaya inframerah dari LED dan mengukur jumlah cahaya yang dipantulkan kembali ke fototransistor.

Kelebihan teras peranti ini termasuk masa tindak balas yang pantas, kepekaan tinggi terhadap cahaya inframerah, dan keupayaannya untuk menapis gangguan cahaya nampak, memastikan operasi yang boleh dipercayai. Bentuknya yang nipis dan padat menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang mempunyai ruang terhad dalam elektronik pengguna dan peralatan kawalan mikropemproses.

Peranti ini dihasilkan tanpa plumbum (Pb-free), mematuhi peraturan EU REACH, dan mematuhi piawaian bebas halogen (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Ia juga direka untuk kekal dalam spesifikasi arahan RoHS.

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 (IR-LED) (Pd):75 mW pada atau di bawah suhu udara bebas 25°C. Melebihi ini boleh menyebabkan persimpangan LED terlalu panas.
• Voltan Songsang LED (VR):5 V. Menggunakan voltan songsang yang lebih tinggi boleh menyebabkan kerosakan.
• Arus Hadapan LED (IF):50 mA berterusan. Arus hadapan puncak (IFP) ialah 1 A untuk denyutan lebar 100 µs pada tempoh 10 ms.
• Pelesapan Kuasa Pengumpul Output (Fototransistor) (PC):75 mW.
• Arus Pengumpul (IC):Maksimum 50 mA.
• Voltan Pengumpul-Pemancar (V_CEO):30 V. Ini ialah voltan maksimum yang boleh digunakan antara pengumpul dan pemancar dengan asas terbuka.
• Suhu Operasi (T_opr):-25°C hingga +85°C. Peranti berfungsi dalam julat suhu ambien ini.
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-30°C hingga +100°C.
• Suhu Pateri Kaki (T_sol):260°C untuk maksimum 5 saat. Ini adalah kritikal untuk proses pateri gelombang atau aliran semula.

2.2 Ciri-Ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur pada Ta=25°C dan mentakrifkan prestasi tipikal peranti.

• Voltan Hadapan LED (V_F):Biasanya 1.2 V, dengan maksimum 1.6 V pada arus hadapan (I_F) 20 mA. Ini penting untuk mereka bentuk litar pemacu had arus.
• Panjang Gelombang Puncak LED (λ_P):940 nm. Ini ialah panjang gelombang di mana IR-LED memancarkan kuasa optik paling banyak, sepadan dengan kepekaan puncak fototransistor silikon.
• Arus Gelap Fototransistor (I_CEO):Maksimum 100 nA pada V_CE=10V tanpa pencahayaan (E_e=0). Ini ialah arus bocor apabila penderia 'mati' dan harus diminimumkan untuk nisbah isyarat-ke-bunyi yang baik.
• Arus Pengumpul (I_C(ON)):Minimum 0.1 mA di bawah keadaan ujian V_CE=5V dan I_F=20mA. Ini ialah arus foto yang dijana apabila LED aktif dan objek berada dalam julat pengesanan.
• Masa Naik/Jatuh (t_r, t_f):Biasanya 20 µs setiap satu. Ini mentakrifkan kelajuan pensuisan fototransistor, penting untuk mengesan objek bergerak pantas atau untuk penghantaran data berkelajuan tinggi dalam beberapa aplikasi.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data termasuk beberapa lengkung ciri yang memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang tingkah laku peranti di bawah pelbagai keadaan. Walaupun graf khusus tidak diterbitkan semula di sini, implikasi tipikalnya dijelaskan.

3.1 Ciri-Ciri IR-LED

Lengkung untuk pemancar inframerah biasanya menunjukkan hubungan antara voltan hadapan dan arus hadapan (lengkung I-V), yang tidak linear. Ia juga menggambarkan keamatan sinaran relatif berbanding arus hadapan, menunjukkan bagaimana output optik meningkat dengan arus pemacu, dan kesan suhu ambien pada output ini, yang umumnya berkurangan apabila suhu meningkat.

3.2 Ciri-Ciri Fototransistor

Lengkung untuk penerima biasanya menggambarkan arus pengumpul berbanding voltan pengumpul-pemancar untuk tahap penyinaran yang berbeza (kuasa input optik). Keluarga lengkung ini serupa dengan ciri output transistor dwikutub, dengan penyinaran bertindak seperti arus asas. Lengkung lain mungkin menunjukkan arus pengumpul berbanding jarak ke permukaan reflektif atau berbanding arus pemacu LED, mentakrifkan fungsi pemindahan penderia.

3.3 Ciri-Ciri Penderia Gabungan

Lengkung ini mewakili prestasi pemasangan penderia lengkap. Graf utama ialah arus pengumpul berbanding jarak ke permukaan reflektif standard (sering kad putih) untuk arus LED tetap. Lengkung ini mentakrifkan julat penderiaan berkesan dan tindak balas tidak linear terhadap jarak, yang kritikal untuk reka bentuk pengesanan ambang.

4. Maklumat Mekanikal dan Pakej

Peranti ini datang dalam pakej permukaan-pasang yang padat. Dimensi tepat disediakan dalam lukisan pakej lembaran data. Nota utama dari lukisan menyatakan bahawa semua dimensi adalah dalam milimeter dan toleransi umum ialah ±0.15 mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Penempatan IR-LED dan fototransistor bersebelahan dioptimumkan untuk penderiaan reflektif. Pakej termasuk tanda kekutuban untuk memastikan orientasi yang betul semasa pemasangan PCB.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

Penarafan maksimum mutlak untuk suhu pateri kaki ialah 260°C selama 5 saat. Parameter ini mesti dipatuhi dengan ketat semasa proses pateri aliran semula atau gelombang untuk mengelakkan kerosakan pada pakej plastik atau ikatan wayar dalaman. Profil piawai IPC/JEDEC J-STD-020 untuk pateri tanpa plumbum umumnya boleh digunakan, tetapi suhu puncak dan masa di atas likuidus mesti dikawal. Pendedahan berpanjangan kepada kelembapan tinggi sebelum pateri harus dielakkan, dan prosedur pengendalian tahap kepekaan kelembapan (MSL) piawai disyorkan, walaupun klasifikasi MSL khusus tidak dinyatakan dalam kandungan yang disediakan.

6. Maklumat Pembungkusan dan Pesanan

Pembungkusan piawai adalah seperti berikut:

1. 160 keping setiap tiub.
2. 18 tiub setiap kotak dalaman.
3. 12 kotak dalaman setiap kotak utama (luar).

Label pada pembungkusan termasuk medan untuk Nombor Pengeluaran Pelanggan (CPN), Nombor Pengeluaran (P/N), Kuantiti Pembungkusan (QTY), Pangkat (CAT), Panjang Gelombang Puncak (HUE), Rujukan (REF), Nombor Lot (LOT No.), dan Tempat Pengeluaran.

7. Cadangan Aplikasi

7.1 Senario Aplikasi Biasa

Lembaran data menyenaraikan beberapa aplikasi klasik: kamera (cth., untuk mengesan kehadiran filem atau pita), VCR, pemacu cakera liut, perakam pita kaset, dan pelbagai peralatan kawalan mikropemproses. Aplikasi moden termasuk pengesanan kertas dalam pencetak, pengesanan duit syiling dalam mesin layan diri, penderiaan tepi, pengiraan objek, dan penderiaan jarak dekat dalam peranti pengguna di mana pengesanan tanpa sentuh diperlukan.

7.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Had Arus:Perintang siri mesti digunakan dengan IR-LED untuk menghadkan arus hadapan (I_F) kepada nilai selamat, biasanya 20 mA untuk operasi piawai, dikira menggunakan voltan bekalan dan voltan hadapan LED (V_F).
• Perintang Beban:Output fototransistor memerlukan perintang tarik atas atau beban (R_L) disambungkan antara pengumpul dan bekalan positif. Nilainya menentukan ayunan voltan output dan kelajuan tindak balas. Perintang yang lebih kecil memberikan tindak balas yang lebih pantas tetapi kepekaan yang lebih rendah (perubahan voltan yang lebih kecil).
• Kekebalan Cahaya Ambien:Walaupun peranti memotong cahaya nampak, sumber inframerah ambien yang kuat (cahaya matahari, mentol pijar) boleh menjejaskan prestasi. Perisai mekanikal, penapis optik, atau teknik modulasi/demodulasi (mengepalkan LED dan membaca output secara segerak) boleh meningkatkan kebolehpercayaan.
• Reflektiviti:Julat pengesanan dan kekuatan isyarat sangat bergantung pada reflektiviti, warna, dan tekstur permukaan objek sasaran. Penentukuran atau ambang boleh laras mungkin diperlukan.

8. Perbandingan Teknikal

ITR8307/F43 menawarkan set ciri tertentu. Berbanding dengan fototransistor atau fotodiod yang lebih ringkas, ia menyediakan penyelesaian bersepadu dan sejajar untuk penderiaan reflektif. Berbanding dengan penderia output digital moden dengan logik terbina dalam, ia adalah komponen analog yang memerlukan litar luaran untuk penyelarasan isyarat, menawarkan fleksibiliti reka bentuk yang lebih besar tetapi lebih kompleks. Pembeza utama adalah saiz padat, masa tindak balas pantas (20 µs), dan pematuhan dengan peraturan alam sekitar (RoHS, REACH, Bebas Halogen).

9. Soalan Lazim (FAQ)

S: Apakah jarak penderiaan tipikal?

J: Lembaran data tidak menyatakan jarak maksimum kerana ia sangat bergantung pada reflektiviti sasaran dan arus pemacu LED. Keadaan ujian untuk I_C(ON)menggunakan jurang 1mm, menunjukkan ia dioptimumkan untuk pengesanan jarak sangat dekat. Julat praktikal biasanya beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter.

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

J: Tidak. LED mesti dipacu dengan sumber terhad arus, hampir selalu dilaksanakan dengan perintang siri, untuk mengelakkan pelarian haba dan kemusnahan daripada arus berlebihan.

S: Bagaimana saya menyambungkan output ke mikropengawal?

J: Output pengumpul fototransistor ialah voltan analog yang berubah dengan cahaya pantulan. Ia boleh disambungkan ke pin penukar analog-ke-digital (ADC) mikropengawal untuk pengukuran tepat, atau melalui litar pembanding untuk mencipta isyarat digital hidup/mati untuk pin GPIO.

S: Apakah tujuan ciri 'Potong panjang gelombang nampak'?

J: Fototransistor direka untuk sensitif terutamanya kepada cahaya inframerah 940 nm dari LED berpasangannya dan kurang sensitif kepada cahaya nampak. Ini mengurangkan pencetus palsu daripada perubahan pencahayaan bilik ambien.

10. Kes Penggunaan Praktikal

Kes: Pengesanan Habis Kertas dalam Pencetak Meja

Penderia dipasang di dalam pencetak, menghadap laluan kertas. Bendera reflektif atau kertas itu sendiri bertindak sebagai sasaran. Apabila kertas hadir, cahaya inframerah dipantulkan kembali ke fototransistor, menjana arus pengumpul tinggi dan voltan output rendah (jika menggunakan perintang tarik atas). Apabila kertas habis, pantulan berhenti, fototransistor mati, dan voltan output menjadi tinggi. Peralihan voltan ini dikesan oleh logik kawalan pencetak, mencetuskan amaran "kertas habis" kepada pengguna. Masa tindak balas pantas memastikan pengesanan walaupun pada kelajuan suapan kertas tinggi.

11. Prinsip Operasi

ITR8307/F43 beroperasi berdasarkan prinsip pantulan cahaya termodulat. LED inframerah GaAs dalaman menukar arus elektrik kepada cahaya inframerah (940 nm). Cahaya ini dipancarkan ke kawasan sasaran. Jika objek hadir dalam medan pengesanan, sebahagian cahaya ini dipantulkan kembali. Fototransistor silikon NPN bersepadu bertindak sebagai penerima. Apabila foton dari cahaya inframerah pantulan mengenai persimpangan asas-pengumpul fototransistor, ia menjana pasangan elektron-lubang. Arus fototerjana ini bertindak sebagai arus asas, yang kemudiannya dikuatkan oleh gandaan transistor, menghasilkan arus pengumpul yang jauh lebih besar (I_C). Magnitud arus pengumpul ini adalah berkadar dengan keamatan cahaya inframerah pantulan, yang seterusnya bergantung pada jarak dan reflektiviti objek. Dengan mengukur arus output ini (atau voltan merentasi perintang beban), kehadiran, ketiadaan, atau bahkan jarak anggaran objek boleh ditentukan.

12. Trend Teknologi

Penderia optik reflektif seperti ITR8307/F43 mewakili teknologi matang dan boleh dipercayai. Trend semasa dalam bidang ini termasuk peminikroan lanjut pakej, integrasi penderia dengan litar hadapan analog (penguat, ADC) dan logik digital (antara muka I2C/SPI) ke dalam penyelesaian cip tunggal, mengurangkan bilangan komponen luaran. Terdapat juga fokus pada penggunaan kuasa yang lebih rendah untuk peranti beroperasi bateri dan algoritma yang dipertingkatkan untuk pembatalan cahaya latar dan pengukuran jarak. Permintaan untuk komponen patuh alam sekitar (hijau), yang ditangani oleh peranti ini, terus menjadi pemacu kuat dalam industri elektronik.

13. Penafian dan Nota Penting

Berdasarkan kandungan lembaran data, penafian dan nota berikut adalah kritikal untuk pengguna:

1. Pengilang berhak untuk melaraskan campuran bahan produk.
2. Produk memenuhi spesifikasi yang diterbitkan selama 12 bulan dari tarikh penghantaran.
3. Graf dan nilai tipikal adalah untuk rujukan sahaja dan tidak mewakili had minimum atau maksimum yang dijamin.
4. Pengguna bertanggungjawab untuk mengendalikan peranti dalam Penarafan Maksimum Mutlaknya. Pengilang tidak bertanggungjawab atas kerosakan akibat penyalahgunaan.
5. Kandungan lembaran data mempunyai hak cipta; pengeluaran semula memerlukan kebenaran terlebih dahulu.
6. Amaran Kritikal:Produk initidak bertujuanuntuk digunakan dalam aplikasi kritikal keselamatan termasuk peralatan ketenteraan, pesawat, automotif, perubatan, penyokong nyawa, atau penyelamat nyawa. Untuk aplikasi sedemikian, kebenaran eksplisit mesti diperoleh.