Ficha Técnica do Interruptor Óptico ITR20001/T - Embalagem 4.0x4.0x2.5mm - Tensão Direta 1.2V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR20001/T é um módulo interruptor óptico refletivo projetado para aplicações de detecção sem contato. Ele integra um diodo emissor de infravermelho e um fototransístor de silício NPN dentro de uma única carcaça compacta de termoplástico preta. Os componentes são posicionados lado a lado em eixos ópticos convergentes. No seu estado padrão, o fototransístor não recebe radiação do emissor. Quando um objeto refletivo entra na fenda de detecção, a luz infravermelha do emissor reflete no objeto e é detectada pelo fototransístor, causando uma mudança no seu estado de saída. Este princípio permite uma detecção confiável de objetos e sensoriamento de posição.

2. Características Principais e Conformidade

O dispositivo oferece várias vantagens para o projeto eletrônico:

• Tempo de Resposta Rápido:Permite detecção rápida, adequada para aplicações de alta velocidade.
• Alta Sensibilidade:O fototransístor fornece um sinal de saída forte em relação à irradiância de entrada.
• Operação em Infravermelho:Apresenta um comprimento de onda de emissão de pico (λp) de 940nm, que é invisível ao olho humano, reduzindo a interferência da luz ambiente.
• Conformidade Ambiental:O produto é livre de chumbo, em conformidade com as regulamentações RoHS e REACH da UE, e é livre de halogênios (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. Seleção e Construção do Dispositivo

O módulo é construído com materiais específicos para desempenho ideal:

• Emissor Infravermelho (IR):Utiliza um chip de GaAlAs (Arseneto de Gálio e Alumínio), alojado atrás de uma lente transparente para transmissão eficiente de infravermelho.
• Fototransístor (PT):Utiliza um chip de Silício, alojado atrás de uma lente preta para filtrar a luz visível e melhorar a relação sinal-ruído.

A carcaça preta minimiza as reflexões internas de luz (diafonia) entre o emissor e o detector quando nenhum objeto está presente, garantindo um estado desligado confiável.

4. Especificações Máximas Absolutas

Operar o dispositivo além destes limites pode causar danos permanentes. Todas as especificações são definidas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

4.1 Especificações de Entrada (Emissor Infravermelho)

• Dissipação de Potência (Pd):75 mW
• Tensão Reversa (VR):5 V
• Corrente Direta Contínua (IF):50 mA
• Corrente Direta de Pico (IFP):1 A (Largura de pulso ≤100μs, Ciclo de trabalho=1%)

4.2 Especificações de Saída (Fototransístor)

• Dissipação de Potência do Coletor (Pd):75 mW
• Corrente do Coletor (IC):20 mA
• Tensão Coletor-Emissor (BV_CEO):30 V
• Tensão Emissor-Coletor (BV_ECO):5 V

4.3 Especificações Gerais

• Temperatura de Operação (T_opr):-40°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 1/16 de polegada do corpo do encapsulamento).

5. Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros definem o desempenho elétrico e óptico sob condições de teste padrão (Ta=25°C).

5.1 Características do Emissor Infravermelho (Entrada)

• Tensão Direta (V_F):1.2 V (Típico) em I_F= 20mA. Máximo é 1.5V.
• Corrente Reversa (I_R):Máximo 10 μA em V_R= 5V.
• Comprimento de Onda de Pico (λ_P):940 nm (Típico) em I_F= 20mA.

5.2 Características do Fototransístor (Saída)

• Corrente de Escuro (I_CEO):Máximo 100 nA em V_CE= 5V com irradiância zero (E_e=0). Esta é a corrente de fuga quando o sensor está desligado.
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)):Máximo 0.4 V em I_C= 2mA e uma irradiância de 1 mW/cm². Um V_CE(sat)baixo é desejável para aplicações de chaveamento.
• Corrente do Coletor (Razão de Transferência):
  • I_C(ON): Mínimo 200 μA em V_CE= 5V e I_F= 20mA. Esta é a corrente quando um objeto é detectado.
  • I_C(OFF): Máximo 2 μA sob as mesmas condições, representando a corrente residual quando nenhum objeto está presente.
• Velocidade de Chaveamento:
  • Tempo de Subida (t_r): 25 μs (Típico)
  • Tempo de Descida (t_f): 25 μs (Típico) Medido com V_CE=5V, I_C=100μA, e R_L=100Ω.

6. Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece dados gráficos ilustrando o comportamento do dispositivo sob várias condições.

6.1 Curvas do Emissor Infravermelho

• Corrente Direta vs. Temperatura Ambiente:Mostra a derivação da corrente direta máxima permitida à medida que a temperatura aumenta.
• Sensibilidade Espectral:Confirma a faixa de emissão estreita centrada em torno de 940nm.
• Comprimento de Onda de Emissão de Pico vs. Temperatura:Ilustra a leve mudança no comprimento de onda de pico com a variação da temperatura.
• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva IV):Fornece a relação para calcular os valores do resistor em série.
• Intensidade Radiante vs. Corrente Direta:Mostra a potência óptica de saída em função da corrente de acionamento.
• Intensidade Radiante Relativa vs. Deslocamento Angular:Descreve o padrão de emissão (perfil do feixe) do LED IR.

6.2 Curvas do Fototransístor

• Dissipação de Potência do Coletor vs. Temperatura Ambiente:Fornece diretrizes de derivação para o manuseio de potência do fototransístor.
• Sensibilidade Espectral:Mostra a responsividade do fototransístor através dos comprimentos de onda, com pico na região do infravermelho para corresponder ao emissor.
• Corrente do Coletor Relativa vs. Temperatura Ambiente:Indica como a sensibilidade do fototransístor muda com a temperatura.
• Corrente do Coletor vs. Irradiância:Um gráfico chave mostrando a relação linear entre a potência da luz incidente e a corrente de saída, definindo a característica de transferência do dispositivo.
• Corrente de Escuro do Coletor vs. Temperatura Ambiente:Mostra como a corrente de fuga aumenta com a temperatura, importante para operação em alta temperatura.
• Corrente do Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor:Curvas características de saída mostrando o fototransístor operando em suas regiões ativa e de saturação sob diferentes níveis de irradiância.

7. Informações Mecânicas e de Embalagem

O ITR20001/T é alojado em um encapsulamento compacto, compatível com montagem em superfície.

7.1 Dimensões da Embalagem

As dimensões principais do desenho fornecido são aproximadamente 4.0mm de comprimento, 4.0mm de largura e 2.5mm de altura (excluindo os terminais). O espaçamento dos terminais é projetado para montagem padrão em PCB. Uma nota crítica especifica uma área mínima de evaporação de alumínio de 10.0mm, provavelmente referindo-se a uma zona de exclusão recomendada ou recurso de dissipação de calor na PCB. Todas as tolerâncias não especificadas são ±0.25mm.

7.2 Identificação de Polaridade

O encapsulamento inclui marcações ou um formato específico para identificar o ânodo e o cátodo do emissor IR e o coletor e o emissor do fototransístor. Os projetistas devem consultar o desenho dimensional para informações precisas de pinagem para garantir o layout e montagem corretos da PCB.

8. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O dispositivo é classificado para soldagem de terminais a 260°C por 5 segundos, medido a 1/16 de polegada (aproximadamente 1.6mm) do corpo do encapsulamento. Isto é compatível com processos padrão de soldagem por refluxo infravermelho (IR) ou por convecção usando pasta de solda sem chumbo (Sn-Ag-Cu). Deve-se tomar cuidado para seguir o perfil de refluxo recomendado para evitar choque térmico ou danos à carcaça plástica. O dispositivo deve ser armazenado em um ambiente seco e controlado antes do uso.

9. Informações de Embalagem e Pedido

A especificação de embalagem padrão é a seguinte:

• 200 peças por saco.
• 6 sacos por caixa.
• 10 caixas por cartão.

O rótulo do produto inclui campos para Número de Peça do Cliente (CPN), Número de Peça do Fabricante (P/N), Quantidade (QTY) e vários códigos de classificação para intensidade luminosa (CAT), comprimento de onda dominante (HUE) e tensão direta (REF). Um Número de Lote e código de data (identificado por 'X' para o mês) também são fornecidos para rastreabilidade.

10. Sugestões de Aplicação

10.1 Cenários de Aplicação Típicos

O ITR20001/T é bem adequado para uma variedade de aplicações de sensoriamento e chaveamento sem contato, incluindo:

• Mecanismos de Mouse e Copiadora:Detecção de rotação de roda ou disco codificador.
• Sistemas de Interruptor e Scanner:Detecção de presença de objetos para portas automáticas, máquinas de venda automática ou detecção de papel em impressoras.
• Unidades de Disquete:Historicamente usado para detectar a aba de proteção contra gravação ou inserção de disco.
• Chaveamento Sem Contato Geral:Qualquer aplicação que requeira detecção de objetos, contagem ou sensoriamento de limite sem contato físico.
• Montagem Direta na Placa:Seu encapsulamento SMD compacto o torna ideal para projetos de PCB com espaço limitado.

10.2 Considerações de Projeto

• Resistor Limitador de Corrente:Um resistor em série deve ser usado com o emissor IR para limitar a corrente direta (I_F) a um valor seguro, tipicamente 20mA para operação normal. Calcule usando R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Resistor de Carga:Um resistor pull-up é tipicamente conectado entre o coletor do fototransístor e a tensão de alimentação (V_CC). O valor deste resistor (R_L) determina a excursão da tensão de saída e a velocidade de chaveamento. Um R_Lmenor fornece chaveamento mais rápido, mas menor variação da tensão de saída.
• Luz Ambiente:Embora a lente preta e a filtragem de 940nm reduzam a interferência, fontes de infravermelho ambiente muito fortes (ex.: luz solar, lâmpadas incandescentes) podem afetar o desempenho. Blindagem ou filtragem óptica podem ser necessárias em ambientes severos.
• Superfície Refletiva:A distância de sensoriamento e a confiabilidade dependem da refletividade do objeto alvo. Superfícies brancas ou metálicas fornecem a melhor resposta; superfícies escuras ou foscas podem exigir distâncias de fenda reduzidas.
• Alinhamento:Os eixos ópticos convergentes definem uma fenda de sensoriamento específica. O objeto deve passar dentro desta fenda para detecção confiável.

11. Comparação Técnica e Vantagens

Comparado a interruptores mecânicos ou outros sensores ópticos, o ITR20001/T oferece benefícios distintos:

• vs. Interruptores Mecânicos:Fornece operação sem contato, eliminando desgaste, permitindo velocidades de chaveamento mais altas e oferecendo operação silenciosa. É imune a bounce de contato.
• vs. Sensores Baseados em Fotodiodo:O fototransístor integrado fornece ganho de corrente, resultando em maior corrente de saída para uma dada entrada de luz, frequentemente eliminando a necessidade de um estágio amplificador adicional em circuitos simples de detecção liga/desliga.
• vs. Pares Emissor-Detector Discretos:O módulo pré-alinhado e encapsulado simplifica o projeto e a montagem, garante alinhamento óptico consistente e economiza espaço na placa. A carcaça preta integrada minimiza a diafonia interna.

12. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a distância de sensoriamento típica?

R: A distância de sensoriamento não é um parâmetro fixo; depende da corrente de acionamento do emissor IR, da refletividade do objeto alvo e da corrente de saída requerida do fototransístor. Os projetistas devem usar o gráfico "Corrente do Coletor vs. Irradiância" e o gráfico "Intensidade Radiante vs. Corrente Direta" para calcular o sinal esperado para uma fenda e refletividade específicas.

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

R: Não. O emissor IR é um diodo e deve ter sua corrente limitada por um resistor externo em série para evitar danos por sobrecorrente, conforme especificado nas Especificações Máximas Absolutas (I_Fmax = 50mA).

P: Como conecto a saída a um microcontrolador?

R: O método mais simples é usar o fototransístor como um interruptor. Conecte um resistor pull-up (ex.: 10kΩ) do coletor à tensão lógica do microcontrolador (ex.: 3.3V ou 5V). Conecte o emissor ao terra. O nó do coletor será puxado para alto (lógico 1) quando nenhum objeto for detectado (escuro) e será puxado para baixo (lógico 0) quando um objeto refletir luz para o fototransístor, ligando-o.

P: Por que o tempo de resposta é especificado com um resistor de carga de 100Ω?

R: A velocidade de chaveamento é afetada pela constante de tempo RC formada pela capacitância de junção do fototransístor e pela resistência de carga (R_L). Um R_Lmenor (como 100Ω) fornece uma constante de tempo mais rápida, permitindo a medição da velocidade intrínseca do dispositivo. Em uma aplicação real com um R_Lmaior para maior excursão de tensão, a velocidade de chaveamento será mais lenta.

13. Princípio de Funcionamento

O ITR20001/T opera no princípio da reflexão de luz modulada. O LED infravermelho interno emite luz a 940nm. O fototransístor, que é sensível a este comprimento de onda, é posicionado de forma que não "veja" diretamente o feixe de luz do LED sob condições normais (nenhum objeto presente). Sua saída permanece em um estado de alta impedância/baixa corrente (corrente de escuro). Quando um objeto refletivo entra na fenda pré-definida entre o emissor e o detector, ele reflete uma porção da luz infravermelha na área ativa do fototransístor. Esta luz incidente gera corrente de base no fototransístor, fazendo com que ele ligue e conduza uma corrente de coletor significativamente maior (I_C(ON)). Esta mudança na corrente/tensão nos pinos de saída é detectada pelo circuito externo, sinalizando a presença do objeto.

14. Isenção de Responsabilidade e Notas de Uso

As isenções de responsabilidade críticas da ficha técnica devem ser observadas:

• O fabricante reserva-se o direito de ajustar os materiais do produto.
• O produto atende às especificações publicadas por 12 meses a partir da data de remessa.
• Gráficos e valores típicos são apenas para referência e não são garantidos.
• As Especificações Máximas Absolutas não devem ser excedidas. O fabricante não assume responsabilidade por danos resultantes de uso indevido.
• O produto não se destina ao uso em aplicações críticas de segurança, militares, de aviação, automotivas, médicas ou de suporte à vida sem consulta e aprovação prévias.