Ficha Técnica do Sensor Óptico Reflexivo ITR8307/L24/TR8 - Sem Chumbo, Conformidade RoHS e REACH - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR8307/L24/TR8 é um interruptor óptico reflexivo compacto de montagem em superfície, projetado para aplicações de detecção de curta distância. Ele integra um diodo emissor de luz (LED) infravermelha (IR) de GaAs como transmissor e um receptor de fototransistor de silício NPN de alta sensibilidade dentro de um único encapsulamento plástico lado a lado. Esta configuração permite detectar a presença ou ausência de uma superfície reflexiva medindo a intensidade da luz IR refletida de volta para o receptor.

O dispositivo é caracterizado pelo seu tempo de resposta rápido, alta sensibilidade à luz infravermelha e uma resposta espectral que corta os comprimentos de onda visíveis, tornando-o imune a interferências da luz ambiente visível. É fabricado sem chumbo (Pb-free), em conformidade com as diretivas RoHS e REACH da UE, e atende aos requisitos de isenção de halogênio (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

As principais vantagens deste sensor incluem seu perfil fino, pegada compacta e resposta óptica rápida, que são críticas para aplicações com restrições de espaço e de alta velocidade. Seu design o torna adequado para vários equipamentos de eletrônica de consumo e controlados por microcomputador onde é necessária detecção de objetos confiável e sem contato.

As aplicações-alvo típicas incluem sensoriamento de posição em dispositivos como câmeras digitais (para detecção de lente ou tampa), videocassetes (VCRs), unidades de disquete, gravadores de fita cassete e outros sistemas de controle automatizado.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

2.1 Valores Máximos Absolutos

O dispositivo não deve ser operado além destes limites para evitar danos permanentes. As principais especificações incluem uma dissipação de potência de entrada (LED) de 75 mW a 25°C em ar livre, uma corrente direta máxima (IF) de 50 mA e uma corrente direta de pico (IFP) de 1 A para pulsos ≤100μs com ciclo de trabalho de 1%. Para a saída (fototransistor), a dissipação de potência máxima do coletor é de 75 mW, a corrente do coletor (IC) é de 50 mA e a tensão coletor-emissor (BV_CEO) é de 30 V. A faixa de temperatura de operação é de -40°C a +85°C.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são especificados a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C e definem o desempenho do dispositivo em condições normais de operação.

2.2.1 Características de Entrada (LED IR)

• Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1,2 V a uma corrente direta (I_F) de 20 mA, com um máximo de 1,6 V. Isto é crucial para projetar o circuito de acionamento do LED.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_P):940 nm, posicionando sua emissão firmemente no espectro do infravermelho próximo.

2.2.2 Características de Saída (Fototransistor)

• Corrente de Escuro (I_CEO):A corrente de fuga quando nenhuma luz incide, com um máximo de 100 nA em V_CE=10V. Um valor mais baixo indica um melhor desempenho no estado desligado.
• Corrente de Luz (I_C(ON)):A corrente do coletor quando o LED está ativo e a luz é refletida para o receptor. Tem uma ampla faixa de 0,5 mA a 15,0 mA sob condições de teste de V_CE=2V e I_F=4mA. Este parâmetro depende fortemente da refletividade e da distância do objeto alvo.
• Tempo de Subida/Descida (t_r, t_f):Tipicamente 20 μsec cada, definindo a velocidade de comutação do sensor.

3. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos que ilustram a relação entre os principais parâmetros sob condições variáveis. Estes são essenciais para entender o comportamento no mundo real além do ponto típico de 25°C.

3.1 Características do LED IR

As curvas mostram como a corrente direta varia com a temperatura ambiente e a tensão direta. A tensão direta tem um coeficiente de temperatura negativo, o que significa que diminui à medida que a temperatura aumenta. A curva de distribuição espectral confirma a emissão de pico em 940 nm, com o próprio comprimento de onda de pico deslocando-se ligeiramente com a temperatura.

3.2 Características do Fototransistor

Curvas importantes incluem Corrente de Escuro do Coletor vs. Temperatura Ambiente (aumentando exponencialmente com a temperatura), Corrente do Coletor vs. Irradiância (mostrando a resposta do fototransistor à intensidade da luz) e Corrente do Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor. A curva de sensibilidade espectral mostra que o receptor é mais sensível à luz infravermelha em torno de 800-900 nm, bem correspondida à saída de 940 nm do LED.

3.3 Características do Sensor Completo (ITR)

Estes gráficos modelam o comportamento do sensor em uma configuração reflexiva prática. Acurva de Corrente Relativa do Coletor vs. Distânciaé crítica para o projeto do sistema, mostrando como o sinal de saída decai à medida que a folga entre o sensor e uma superfície reflexiva (como vidro com evaporação de alumínio) aumenta. Outra curva mostra a variação da saída quando um cartão se move através do campo de visão do sensor, útil para detecção de borda ou fenda. O gráfico de Tempo de Resposta vs. Resistência de Carga ajuda na seleção de um resistor de pull-up apropriado para otimizar a velocidade.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O dispositivo vem em um encapsulamento compacto de montagem em superfície. A ficha técnica fornece desenhos dimensionais detalhados com medidas críticas como comprimento total, largura, altura, espaçamento dos terminais e dimensões dos pads. Todas as tolerâncias são tipicamente ±0,1 mm, salvo indicação em contrário. Os engenheiros devem consultar estes desenhos exatos para o projeto da pegada da PCB a fim de garantir a soldagem e o alinhamento mecânico adequados.

4.2 Identificação de Polaridade

O encapsulamento inclui marcações ou um formato específico para indicar o pino 1. A orientação correta durante a montagem é vital, pois a conexão reversa pode danificar o dispositivo. O diagrama de pinos identifica o ânodo e o cátodo do LED IR e o coletor e o emissor do fototransistor.

5. Diretrizes de Soldagem, Montagem e Armazenamento

5.1 Sensibilidade à Umidade e Armazenamento

O dispositivo é classificado como Nível de Sensibilidade à Umidade (MSL) 4. As principais instruções de manuseio incluem:

• Vida útil na embalagem selada à prova de umidade original: 12 meses a <40°C e <90% UR.
• Após abrir a embalagem, os dispositivos devem ser montados em até 72 horas se armazenados em condições de fábrica (<30°C/60%UR), ou armazenados em ambiente seco (<20% UR).
• Se o Cartão Indicador de Umidade (HIC) exceder 20% UR, é necessário pré-aquecimento antes da soldagem por refluxo (ex.: 24 horas a 125°C).

5.2 Condições de Soldagem por Refluxo

É fornecido um perfil de temperatura de refluxo de solda sem chumbo recomendado. As principais precauções incluem:

• Limitar a soldagem por refluxo a um máximo de dois ciclos.
• Evitar tensão mecânica no encapsulamento durante o aquecimento.
• Evitar empenamento da PCB após a soldagem.

5.3 Reparo

O reparo após a soldagem é desencorajado. Se inevitável, deve ser usado um ferro de soldar de dupla cabeça para aquecer simultaneamente ambos os lados do componente, minimizando o estresse térmico. O impacto potencial nas características do dispositivo deve ser avaliado previamente.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Especificações de Embalagem

O fluxo de embalagem padrão é: 1000 peças por bobina, 15 bobinas por caixa e 2 caixas por cartucho.

6.2 Dimensões da Fita e da Bobina

São fornecidos desenhos detalhados para a fita transportadora (dimensões do bolso, passo) e para a bobina (diâmetro, tamanho do núcleo) para uso na programação de máquinas de pick-and-place automatizadas.

6.3 Especificação do Rótulo

Os rótulos da embalagem incluem campos para Número da Peça do Cliente (CPN), Número do Produto (P/N), Quantidade (QTY) e Número do Lote (LOT No.), entre outros, para rastreabilidade.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Um circuito de aplicação básico envolve conectar um resistor limitador de corrente em série com o ânodo do LED IR. O fototransistor é tipicamente conectado com o coletor a um resistor de pull-up (V_CC) e o emissor ao terra. A tensão no nó do coletor serve como o sinal de saída digital ou analógico. O valor do resistor de pull-up (R_L) afeta tanto a excursão da tensão de saída quanto o tempo de resposta, conforme mostrado nas curvas da ficha técnica.

7.2 Considerações de Projeto

• Refletividade do Objeto:A saída do sensor (I_C(ON)) é diretamente proporcional à refletividade da superfície alvo. Materiais altamente reflexivos (ex.: plástico branco, metal) fornecem um sinal forte, enquanto materiais escuros ou absorventes podem não fornecer.
• Distância e Alinhamento:A distância de detecção é curta (tipicamente alguns milímetros). O alinhamento mecânico preciso entre o sensor e o caminho do alvo é crítico para uma operação consistente.
• Imunidade à Luz Ambiente:Embora a sensibilidade espectral do receptor corte a luz visível, fontes fortes de infravermelho ambiente (ex.: luz solar, lâmpadas incandescentes) podem causar interferência. Blindagem óptica ou técnicas de modulação/demodulação podem ser necessárias em tais ambientes.
• Ruído Elétrico:Em ambientes ruidosos, são recomendados capacitores de bypass próximos ao dispositivo e um layout cuidadoso da PCB.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado a fototransistores ou fotodiodos mais simples, o ITR8307 integra tanto o emissor quanto o receptor, simplificando o projeto óptico e o alinhamento. Em comparação com sensores transmissivos (que exigem que um objeto interrompa um feixe entre componentes separados), os sensores reflexivos permitem um projeto mecânico mais simples com detecção em um lado do objeto. Seus principais diferenciadores são seu encapsulamento SMD compacto, conformidade com regulamentações ambientais modernas (sem chumbo, sem halogênio) e desempenho bem documentado em toda a faixa de temperatura.

9. Perguntas Frequentes (FAQs) Baseadas em Parâmetros Técnicos

P: Qual é a distância de detecção típica?

R: A distância não é uma especificação fixa, mas depende da refletividade do alvo e da corrente de saída necessária. O gráfico "Corrente Relativa do Coletor vs. Distância" mostra que o sinal decai significativamente além de 1-2 mm para uma superfície reflexiva padrão. Projete para a distância confiável mais curta.

P: Posso acionar o LED diretamente com uma fonte de tensão?

R: Não. Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Você deve usar um resistor limitador de corrente em série para definir a corrente direta (I_F) para o valor desejado (ex.: 20 mA) com base na sua tensão de alimentação (V_CC) e na tensão direta do LED (V_F≈ 1,2V). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F.

P: Por que há uma faixa tão ampla para a Corrente de Luz (0,5 a 15,0 mA)?

R: Esta faixa leva em conta as variações normais de fabricação tanto na potência de saída do LED quanto na sensibilidade do fototransistor. Ela também enfatiza a forte dependência do parâmetro em relação ao alvo reflexivo específico e à distância na aplicação. Os projetos de circuito devem acomodar esta faixa, frequentemente usando um comparador com um limiar ajustável em vez de depender de um valor absoluto de corrente.

P: Como interpreto a classificação MSL 4?

R: MSL 4 significa que o encapsulamento pode absorver níveis prejudiciais de umidade do ar após 72 horas de exposição às condições padrão do chão de fábrica. Para evitar o "efeito pipoca" ou delaminação durante o processo de refluxo em alta temperatura, você deve seguir as rigorosas diretrizes de armazenamento, manuseio e pré-aquecimento descritas na Seção 5.1.

10. Exemplo de Aplicação Prática

Cenário: Detecção de Papel em uma Impressora.

O sensor pode ser montado próximo ao caminho de alimentação de papel. Uma faixa reflexiva é colocada em um rolo ou superfície fixa oposta à localização do sensor. Quando não há papel, a luz IR reflete na faixa de volta para o receptor, gerando uma saída alta (nível lógico ALTO). Quando uma folha de papel passa entre o sensor e a faixa, ela bloqueia ou reduz significativamente a luz refletida, fazendo com que a saída caia (nível lógico BAIXO). Esta transição pode ser detectada por um microcontrolador para confirmar a presença de papel, detectar engarrafamentos ou contar páginas. O tempo de resposta rápido (20 μs) permite a detecção mesmo em altas velocidades de alimentação de papel.

11. Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio da reflexão de luz modulada. O LED IR interno emite um feixe de luz infravermelha de 940 nm. Esta luz viaja para fora do encapsulamento. Se um objeto reflexivo estiver dentro de um curto alcance e no campo de visão tanto do LED quanto do fototransistor, uma parte da luz emitida será refletida de volta. O fototransistor NPN atua como uma fonte de corrente controlada por luz. Quando os fótons infravermelhos refletidos atingem sua região da base, eles geram pares elétron-lacuna, criando efetivamente uma corrente de base. Esta corrente de base é amplificada pelo ganho do transistor, resultando em uma corrente de coletor muito maior (I_C). A magnitude desta corrente de coletor é proporcional à intensidade da luz refletida, que por sua vez depende da distância e da refletividade do objeto alvo. Monitorando I_C(ou a tensão através de um resistor de carga), o sistema pode determinar a presença ou proximidade do objeto.

12. Tendências Tecnológicas

Sensores ópticos reflexivos como o ITR8307 representam uma tecnologia madura e confiável para detecção de objetos de curto alcance e baixo custo. As tendências atuais no campo incluem a maior miniaturização dos encapsulamentos para caber em dispositivos de consumo cada vez menores, a integração de circuitos de condicionamento de sinal (amplificadores, gatilhos Schmitt, interfaces digitais) dentro do mesmo encapsulamento para simplificar o projeto do sistema e melhorar a imunidade ao ruído, e o desenvolvimento de sensores com consumo de energia ainda menor para dispositivos IoT operados por bateria. Há também um esforço contínuo para maior sensibilidade e melhor rejeição de luz ambiente através de técnicas aprimoradas de projeto óptico e filtragem.