Ficha Técnica do Interruptor Óptico ITR8104 - Infravermelho 940nm - 5V/20mA - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR8104 é um módulo interruptor óptico compacto projetado para aplicações de detecção e comutação sem contato. Ele integra um diodo emissor de infravermelho e um fototransistor de silício NPN dentro de um único encapsulamento de termoplástico preto. Os componentes são dispostos lado a lado em eixos ópticos convergentes. No estado normal, o fototransistor recebe a radiação infravermelha emitida pelo LED. Quando um objeto opaco interrompe o caminho da luz entre o emissor e o detector, o fototransistor deixa de conduzir, fornecendo um sinal de comutação claro.

As principais vantagens deste dispositivo incluem um tempo de resposta rápido, alta sensibilidade e um comprimento de onda de emissão de pico de 940nm, que está fora do espectro visível para minimizar interferências da luz ambiente. O dispositivo é construído com materiais sem chumbo e está em conformidade com regulamentações ambientais relevantes, como RoHS e REACH da UE.

2. Análise Detalhada das Especificações Técnicas

2.1 Valores Máximos Absolutos

Operar o dispositivo além destes limites pode causar danos permanentes.

• Entrada (LED IR):
  • Dissipação de Potência (Pd): 75 mW (a ou abaixo de 25°C)
  • Tensão Reversa (VR): 5 V
  • Corrente Direta (IF): 50 mA
• Saída (Fototransistor):
  • Dissipação de Potência do Coletor (Pc): 75 mW
  • Corrente do Coletor (IC): 20 mA
  • Tensão Coletor-Emissor (BV_CEO): 30 V
  • Tensão Emissor-Coletor (BV_ECO): 5 V
• Térmico:
  • Temperatura de Operação (T_opr): -25°C a +85°C
  • Temperatura de Armazenamento (T_stg): -40°C a +85°C
  • Temperatura de Soldagem dos Terminais (T_sol): 260°C por ≤5 segundos (medido a 3mm do encapsulamento)

2.2 Características Eletro-Ópticas (T_a=25°C)

Estes parâmetros definem o desempenho do dispositivo em condições típicas de operação.

• Características da Entrada (LED IR):
  • Tensão Direta (V_F): 1,2V (Típico), 1,6V (Máximo) em I_F=20mA
  • Corrente Reversa (I_R): 10 μA (Máximo) em V_R=5V
  • Comprimento de Onda de Pico (λ_P): 940 nm (Típico) em I_F=20mA
• Características da Saída (Fototransistor):
  • Corrente de Escuro (I_CEO): 100 nA (Máximo) em V_CE=20V, E_e=0mW/cm²
  • Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)): 0,4V (Máximo) em I_C=0,5mA, I_F=20mA
  • Corrente do Coletor (I_C(ON)): 0,5 mA (Mínimo) em V_CE=5V, I_F=20mA
  • Tempo de Subida (t_r): 20 μs (Típico) em V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ
  • Tempo de Descida (t_f): 20 μs (Típico) em V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece várias curvas características essenciais para engenheiros de projeto.

3.1 Características do LED IR

Os gráficos ilustram a relação entre a corrente direta e a temperatura ambiente, mostrando a necessidade de derating em temperaturas mais altas para permanecer dentro dos limites de potência. A curva de sensibilidade espectral confirma a emissão de pico em 940nm. Outro gráfico mostra a pequena variação do comprimento de onda de emissão de pico com a temperatura ambiente, que é tipicamente desprezível para a maioria das aplicações.

3.2 Características do Fototransistor

Os gráficos principais incluem a relação entre a corrente do coletor e a corrente direta (características de transferência) em várias temperaturas, destacando a sensibilidade do dispositivo. O gráfico de dissipação de potência do coletor versus temperatura ambiente é crucial para o gerenciamento térmico, indicando como a potência máxima permitida diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta.

4. Informações Mecânicas e do Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O ITR8104 vem em um encapsulamento padrão de furo passante. As dimensões críticas incluem o espaçamento dos terminais, a largura do corpo e a altura total. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância geral de ±0,3mm, salvo especificação em contrário. O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde os terminais emergem do corpo do encapsulamento plástico.

4.2 Identificação de Polaridade e Montagem

O dispositivo possui um pinagem padrão: o ânodo e o cátodo do LED infravermelho, e o coletor e o emissor do fototransistor. O encapsulamento é tipicamente marcado ou moldado para indicar o pino 1. Ao montar em uma PCB, os furos devem estar precisamente alinhados com as posições dos terminais para evitar a imposição de tensão mecânica no corpo de epóxi, o que pode degradar o desempenho ou causar falha.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Formação dos Terminais

• A dobra deve ser realizada a uma distância superior a 3mm da base do corpo de resina epóxi.
• A formação dos terminais deve ser concluídaantesdo processo de soldagem.
• O quadro de terminais deve ser firmemente segurado durante a dobra para evitar tensão no encapsulamento.
• O corte dos terminais deve ser feito à temperatura ambiente.

5.2 Recomendações de Soldagem

Para evitar danos térmicos, mantenha uma distância mínima de 3mm da junta de solda até o bulbo de epóxi.

• Soldagem Manual:Temperatura da ponta do ferro: 300°C Máx. (30W Máx.). Tempo de soldagem: 3 segundos Máx. por terminal.
• Soldagem por Onda/Imersão:Temperatura de pré-aquecimento: 100°C Máx. (60 seg Máx.). Temperatura do banho de solda: 260°C Máx. Tempo de imersão: 5 segundos Máx.
• Evite resfriamento rápido após a soldagem. Permita que o dispositivo retorne gradualmente à temperatura ambiente.
• A soldagem por imersão ou manual não deve ser realizada mais de uma vez.

5.3 Perfil de Soldagem Recomendado

O perfil sugere um pré-aquecimento gradual, um tempo controlado acima do líquido (tipicamente 260°C) e uma taxa de resfriamento controlada para minimizar o choque térmico no componente.

6. Armazenamento e Manuseio

• Armazenamento Inicial (após o envio):10–30°C, ≤70% UR por até 3 meses.
• Armazenamento de Longo Prazo (além de 3 meses):10–25°C, 20–60% UR em um recipiente selado com atmosfera de nitrogênio por até um ano.
• Após Abrir a Embalagem:Armazene a 10–25°C, 20–60% UR. Use dentro de 24 horas ou o mais rápido possível. Ressele os dispositivos não utilizados prontamente.
• Evite mudanças bruscas de temperatura em ambientes de alta umidade para evitar condensação.
• Limpeza:A limpeza ultrassônicanãoé recomendada para este dispositivo.

7. Embalagem e Informações de Pedido

7.1 Especificação da Embalagem

A embalagem padrão é: 100 peças por tubo, 20 tubos por caixa e 4 caixas por cartão.

7.2 Informações da Etiqueta

A etiqueta do produto inclui campos para: Número do Produto do Cliente (CPN), Número do Produto (P/N), Quantidade da Embalagem (QTY), Classificação de Intensidade Luminosa (CAT), Classificação de Comprimento de Onda Dominante (HUE), Classificação de Tensão Direta (REF), Número do Lote (LOT No.) e um código de data/mês (X).

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Detecção de Posição/Velocidade:Em mouses de computador, copiadoras e unidades de disquete para detectar rotação ou movimento linear.
• Comutação Sem Contato:Detecção de objetos em máquinas de venda automática, sistemas de segurança e automação industrial.
• Detecção de Borda:Em impressoras e scanners para detectar a presença de papel ou bordas da mídia.
• Montagem Direta na Placa:Adequado para aplicações de PCB com furo passante onde é necessária comutação isolada e confiável.

8.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Sempre use um resistor em série com o LED IR para limitar a corrente direta (I_F) ao valor desejado, tipicamente 20mA ou menos para confiabilidade de longo prazo.
• Resistor de Carga:Um resistor pull-up é tipicamente conectado entre o coletor do fototransistor e a tensão de alimentação (V_CC). O valor (ex.: 1kΩ) afeta a excursão da tensão de saída e a velocidade de comutação.
• Luz Ambiente:Embora o filtro de 940nm ajude, projetar uma barreira física ou um alojamento para proteger o sensor de fontes diretas de IR ambiente (como luz solar ou lâmpadas incandescentes) melhora a confiabilidade.
• Tempo de Resposta:Para aplicações de alta velocidade, considere o tempo típico de subida/descida de 20μs e garanta que o circuito de acionamento possa acomodá-lo.
• Gerenciamento Térmico:Aderir às curvas de derating de potência, especialmente em ambientes de alta temperatura ambiente.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O ITR8104 oferece um conjunto equilibrado de características. Seu comprimento de onda de 940nm fornece boa imunidade ao ruído da luz visível. O projeto de eixo convergente lado a lado oferece uma distância de detecção bem definida, tornando-o adequado para detecção de borda e posicionamento preciso de objetos. O tempo de resposta rápido de 20μs permite o uso em aplicações de contagem ou codificação de velocidade moderada. O encapsulamento de furo passante fornece fixação mecânica robusta para aplicações sujeitas a vibração. Quando comparado a sensores reflexivos, os interruptores ópticos fornecem um sinal liga/desliga mais definitivo, pois não são afetados pela refletividade do objeto alvo.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

10.1 Qual é a corrente de operação típica para o LED IR?

As características eletro-ópticas são especificadas em I_F= 20mA, que é um ponto de operação comum e confiável. Ele pode ser acionado até o máximo absoluto de 50mA para uma saída maior, mas isso requer um gerenciamento térmico cuidadoso e pode reduzir a confiabilidade de longo prazo.

10.2 Qual é a sensibilidade do fototransistor?

O parâmetro chave é I_C(ON), que é garantido ser pelo menos 0,5mA quando o LED IR é acionado com 20mA e V_CE=5V. Isso fornece um sinal sólido para interfaces de comutação digital com um resistor pull-up adequado.

10.3 Posso usar este componente para detectar objetos transparentes?

Não. O ITR8104 é projetado para detectar objetos opacos que interrompem completamente o feixe infravermelho. Materiais transparentes ou translúcidos podem permitir que luz IR suficiente passe, impedindo que o fototransistor desligue completamente.

10.4 Qual é a distância recomendada entre o emissor e o detector para um objeto?

A ficha técnica não especifica uma distância máxima. A distância efetiva é determinada pelo alinhamento e pela intensidade do LED IR. Para operação confiável, o objeto deve ocupar completamente o caminho óptico convergente entre os dois elementos. A distância de detecção típica é de alguns milímetros, definida pelo alojamento mecânico.

11. Caso Prático de Projeto e Uso

Caso: Detecção de Engasgo de Papel em uma Impressora
Um ITR8104 é montado transversalmente ao caminho do papel. Um pino de um microcontrolador aciona o LED IR através de um resistor de 150Ω (limitando I_Fpara ~20mA a 3,3V). O coletor do fototransistor é conectado ao pino de entrada digital do microcontrolador via um resistor pull-up de 4,7kΩ para 3,3V. No estado "papel presente", o papel bloqueia o feixe, o fototransistor está desligado e o pino de entrada lê ALTO via o pull-up. Quando o caminho do papel está livre, a luz IR atinge o fototransistor, ligando-o e puxando o pino de entrada para BAIXO. O microcontrolador monitora este pino. Um estado ALTO persistente quando o papel é esperado indica um engasgo ou falha de alimentação. O tempo de resposta rápido garante que o engasgo seja detectado rapidamente, e o comprimento de onda de 940nm evita acionamentos falsos da iluminação ambiente.

12. Princípio de Funcionamento

O ITR8104 opera com base no princípio da detecção de luz modulada. Um LED infravermelho emite fótons em um comprimento de onda de 940nm. Um fototransistor de silício, posicionado oposto ao LED, atua como receptor. Quando fótons de energia suficiente atingem a região da base do fototransistor, eles geram pares elétron-lacuna. Esta corrente fotogerada atua como corrente de base, fazendo com que o transistor conduza uma corrente de coletor muito maior (o efeito fotoelétrico combinado com a amplificação do transistor). A presença de um objeto opaco no caminho da luz impede que os fótons atinjam o fototransistor, eliminando a corrente de base e desligando o transistor. Isso cria um sinal de saída digital correlacionado com a presença ou ausência do objeto.

13. Tendências Tecnológicas

Os interruptores ópticos permanecem componentes fundamentais em sistemas eletromecânicos. As tendências atuais focam na miniaturização (encapsulamentos SMD menores), integração de circuitos adicionais de condicionamento de sinal (como gatilhos Schmitt ou amplificadores) dentro do encapsulamento para fornecer uma saída digital mais limpa e maior resistência a contaminantes ambientais. Há também uma tendência para variantes de maior velocidade para aplicações avançadas de codificação. O princípio central da interrupção óptica permanece robusto devido ao seu isolamento elétrico, natureza sem contato e confiabilidade em comparação com interruptores puramente mecânicos.