Ficha Técnica do Interruptor Óptico ITR9606-F - Pacote 4.0x3.2x2.5mm - Tensão Direta 1.2V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR9606-F é um módulo interruptor óptico refletivo compacto, com componentes lado a lado. Ele integra um díodo emissor de infravermelhos (IRED) e um fototransistor de silício dentro de uma única carcaça preta de termoplástico. Os componentes estão alinhados em eixos ópticos convergentes. O princípio de funcionamento fundamental envolve o fototransistor detetar a radiação emitida pelo IRED. Quando um objeto opaco interrompe o caminho da luz entre o emissor e o detetor, o estado de saída do fototransistor muda, permitindo funções de deteção e comutação sem contato.

1.1 Características e Vantagens Principais

• Tempo de Resposta Rápido:Permite deteção de alta velocidade, adequada para aplicações como codificadores e sensores de velocidade.
• Alta Sensibilidade:O fototransistor de silício fornece deteção de sinal confiável mesmo com baixa intensidade de IR.
• Comprimento de Onda Específico:Apresenta um comprimento de onda de emissão de pico (λp) de 940nm, que está no espectro do infravermelho próximo, minimizando a interferência da luz ambiente visível.
• Conformidade Ambiental:O produto é livre de chumbo, em conformidade com a diretiva RoHS e adere aos regulamentos REACH da UE.
• Design Compacto:O pacote integrado lado a lado oferece uma solução que economiza espaço para montagem em PCB.

1.2 Aplicações Alvo

Este interruptor óptico foi projetado para uma variedade de aplicações de deteção sem contato e de posição, incluindo, mas não se limitando a:

• Deteção de posição em ratos de computador e copiadoras.
• Deteção de papel e de borda em scanners e impressoras.
• Deteção de presença de disco em unidades de disquete e outras unidades de mídia.
• Comutação sem contato de uso geral.
• Montagem direta em placa em eletrónica de consumo e controlos industriais.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Esta secção fornece uma interpretação detalhada e objetiva das especificações elétricas e ópticas do dispositivo.

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas especificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• Entrada (IRED):
  • Dissipação de Potência (Pd): 75 mW (a ou abaixo de 25°C). Requer redução de potência a temperaturas ambientes mais elevadas.
  • Tensão Reversa (VR): 5 V. Exceder este valor pode danificar a junção do LED.
  • Corrente Direta (IF): 50 mA. A corrente contínua DC deve tipicamente ser limitada a 20mA para operação confiável a longo prazo.
• Saída (Fototransistor):
  • 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.
• Limites Térmicos:
  • 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 um máximo de 5 segundos, medido a 3mm do corpo do pacote.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Medidas a T_a= 25°C, estes parâmetros definem o desempenho típico do dispositivo em condições normais de operação.

• Características da Entrada (IRED):
  • Tensão Direta (V_F): Tipicamente 1.2V, com um máximo de 1.5V a I_F=20mA. Isto é crucial para projetar o circuito limitador de corrente para o LED.
  • Corrente Reversa (I_R): Máximo 10 μA a V_R=5V.
  • Comprimento de Onda de Pico (λ_P): 940 nm. Este comprimento de onda de IR é invisível ao olho humano e ajuda a reduzir o ruído óptico.
• Características da Saída (Fototransistor):
  • Corrente de Escuridão (I_CEO): Máximo 100 nA a V_CE=20V com iluminação zero (E_e=0). Esta é a corrente de fuga quando o sensor está bloqueado.
  • Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)): Máximo 0.4V a I_C=2mA e uma irradiância de 1mW/cm². Um V_CE(sat)mais baixo é melhor para aplicações de comutação digital.
  • Corrente do Coletor (I_C(ON)): Varia de um mínimo de 0.5mA a um máximo de 10mA a V_CE=5V e I_F=20mA. Esta ampla gama indica a variação potencial de unidade para unidade na sensibilidade.
• Resposta Dinâmica:
  • Tempo de Subida (t_r) & Tempo de Descida (t_f): Tipicamente 15 μs cada sob condições de teste especificadas (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ). Isto define a capacidade máxima de frequência de comutação.

3. Análise de Curvas de Desempenho

Dados gráficos fornecem uma visão mais profunda do comportamento do dispositivo sob condições variáveis.

3.1 Características do Emissor de IR

A ficha técnica inclui curvas típicas para o componente emissor de infravermelhos.

• Corrente Direta vs. Tensão Direta (Curva I_F-V_F):Esta curva exponencial é padrão para um díodo. No ponto de operação típico de I_F=20mA, V_Fé aproximadamente 1.2V. A curva ajuda na análise de gestão térmica, uma vez que V_Ftem um coeficiente de temperatura negativo.
• Distribuição Espectral:Confirma a emissão de pico a 940nm com uma largura total à meia altura (FWHM) típica para um LED GaAlAs, mostrando emissão mínima no espectro visível.

3.2 Características do Fototransistor

• Sensibilidade Espectral:O fototransistor de silício tem sensibilidade de pico na região do infravermelho próximo, correspondendo de perto à emissão de 940nm do IRED emparelhado. Este alinhamento maximiza a eficiência de acoplamento e a relação sinal-ruído.
• Dissipação de Potência do Coletor vs. Temperatura Ambiente:Uma curva de redução de potência que mostra que a dissipação de potência máxima permitida diminui linearmente à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C. Isto é crítico para cálculos de fiabilidade em ambientes de alta temperatura.

4. Informações Mecânicas e do Pacote

4.1 Dimensões do Pacote

O ITR9606-F tem uma carcaça retangular compacta.

• Dimensões Gerais:Aproximadamente 4.0mm de comprimento, 3.2mm de largura e 2.5mm de altura (excluindo os terminais).
• Espaçamento dos Terminais:O passo padrão dos terminais é 2.54mm (0.1 polegadas), compatível com layouts comuns de PCB.
• Forma dos Terminais:Os terminais são projetados para montagem através do furo. O desenho dimensional especifica a localização da barra de ligação e o ponto de curvatura recomendado.
• Tolerâncias:Salvo indicação em contrário, as tolerâncias dimensionais são de ±0.3mm.

4.2 Identificação de Polaridade e Montagem

A carcaça preta ajuda a prevenir diafonia óptica interna. O componente não é explicitamente simétrico; o diagrama da ficha técnica indica o posicionamento dos lados do emissor e do detetor. A orientação correta é essencial para que o eixo óptico convergente funcione como pretendido. A pegada na PCB deve alinhar-se precisamente com as posições dos terminais para evitar tensão mecânica no corpo de epóxi durante a soldagem.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

O manuseamento adequado é crucial para manter a integridade e o desempenho do dispositivo.

5.1 Instruções para Formação dos Terminais

• A curvatura deve ser realizada a uma distância superior a 3mm da base do corpo do pacote de epóxi.
• A formação dos terminais deve ser concluídaantesdo processo de soldagem.
• O quadro de terminais deve ser fixado com segurança durante a curvatura, e deve-se evitar tensão no corpo de epóxi para prevenir fissuras ou danos internos.
• O corte dos terminais deve ser feito à temperatura ambiente.

5.2 Parâmetros de Soldagem Recomendados

• Soldagem Manual:Temperatura máxima da ponta do ferro 300°C (para um ferro de 30W), tempo de soldagem máximo 3 segundos por terminal. Mantenha uma distância mínima de 3mm da junta de solda até a bolha de epóxi.
• Soldagem por Onda/Imersão:Temperatura máxima de pré-aquecimento 100°C (por até 60 segundos). Temperatura máxima do banho de solda 260°C, com um tempo de permanência máximo de 5 segundos. Mantenha a regra da distância de 3mm.
• Notas Críticas:
  • Evite aplicar tensão aos terminais enquanto o dispositivo está quente.
  • Não execute soldagem por imersão/manual mais de uma vez.
  • Proteja o dispositivo de choques mecânicos até que arrefeça à temperatura ambiente.
  • Não utilize métodos de limpeza ultrassónica.

5.3 Condições de Armazenamento

• Curto Prazo (≤3 meses):Armazene a 10-30°C com ≤70% de Humidade Relativa (HR).
• Longo Prazo (≥3 meses):Armazene num recipiente selado com atmosfera de azoto a 10-25°C e 20-60% de HR.
• Após Abertura:Utilize os dispositivos dentro de 24 horas, se possível. Armazene os restantes a 10-25°C, 20-60% de HR, e resele rapidamente o saco da embalagem.
• Evite mudanças rápidas de temperatura em ambientes húmidos para prevenir condensação.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Especificações de Embalagem

• 90 peças por tubo.
• 48 tubos por caixa.
• 4 caixas por cartão.

6.2 Informações de Etiqueta

A etiqueta da embalagem inclui campos padrão para rastreabilidade: Número de Peça do Cliente (CPN), Número de Peça do Fabricante (P/N), Quantidade (QTY), Categorias (CAT), Referência (REF) e Número de Lote (LOT No.).

7. Considerações de Projeto para Aplicação

7.1 Configuração de Circuito Típica

Um circuito de aplicação básico envolve um resistor limitador de corrente em série com o ânodo do IRED. O fototransistor é tipicamente conectado com um resistor de pull-up no seu coletor, formando uma configuração de emissor comum. A saída é retirada do coletor, que será puxado para baixo quando a luz IR for detetada (objeto ausente) e para cima quando o caminho da luz for interrompido (objeto presente). O valor do resistor de pull-up e a corrente do IRED determinarão a amplitude da tensão de saída e a velocidade de resposta.

7.2 Melhores Práticas de Projeto e Layout

• Caminho Óptico:Garanta que o objeto a ser detetado passe limpo pela fenda entre o emissor e o detetor. Considere o tamanho, refletividade e velocidade do objeto.
• Imunidade à Luz Ambiente:Embora o filtro de 940nm e a carcaça forneçam alguma proteção, projetar o sistema para modular a corrente do IRED e usar deteção síncrona no circuito recetor pode melhorar muito a imunidade à luz ambiente e ao ruído elétrico.
• Gestão Térmica:Aderir à curva de redução de potência. Em altas temperaturas ambientes ou aplicações de ciclo de trabalho elevado, reduza a corrente de operação (I_F) em conformidade.
• Montagem Mecânica:Fixe o dispositivo firmemente à PCB para minimizar vibrações, o que pode afetar a fiabilidade. Garanta que nenhuma tensão seja transferida para o pacote através dos terminais.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O ITR9606-F pertence a uma classe comum de interruptores ópticos de visão lateral. Os seus principais diferenciadores incluem o emparelhamento específico de comprimento de onda de 940nm, o tempo de resposta típico de 15μs e um pacote compacto de montagem através do furo. Comparado com sensores transmissivos com uma lacuna física, esta configuração refletiva lado a lado permite deteção de objeto sem lacuna, mas pode ter uma distância de deteção efetiva ligeiramente mais curta e pode ser mais sensível à refletividade do objeto alvo.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

9.1 Baseado em Parâmetros Técnicos

P: Qual é a distância ou lacuna de deteção típica para este interruptor?

R: A ficha técnica não especifica uma lacuna de deteção máxima. Isto depende muito da corrente de acionamento do IRED, do ganho do fototransistor e da refletividade/tamanho do objeto alvo. Foi projetado para proximidade imediata ou interrupção direta do caminho óptico interno, em vez de deteção de longo alcance.

P: Por que a Corrente do Coletor (I_C(ON)) é especificada com uma gama tão ampla (0.5mA a 10mA)?

R: Esta gama considera a variação natural na taxa de transferência de corrente (CTR) do acoplador óptico, que é a relação entre a corrente de saída do fototransistor e a corrente de entrada do IRED. Projete circuitos para funcionar de forma confiável com o I_C(ON)mínimo especificado para garantir funcionalidade em todas as unidades de produção.

P: Posso acionar o IRED com uma corrente pulsada superior a 20mA?

R: A Especificação Máxima Absoluta para corrente direta contínua é 50mA. Embora pulsos breves acima de 20mA possam ser possíveis, a dissipação de potência média não deve exceder os 75mW classificados, considerando o ciclo de trabalho e a temperatura ambiente. Exceder as especificações arrisca reduzir a vida útil ou falha imediata.

10. Exemplos Práticos de Aplicação

10.1 Deteção de Papel numa Impressora

Num tabuleiro de papel de impressora, o ITR9606-F pode ser montado de modo que a pilha de papel fique no caminho óptico entre o emissor e o detetor. Quando o papel está presente, reflete a luz IR para o fototransistor, indicando "papel carregado". Quando o tabuleiro está vazio, a falta de uma superfície refletora faz com que a saída do fototransistor mude de estado, acionando um alerta de "pouco papel". O tempo de resposta rápido permite a deteção mesmo quando o papel é alimentado rapidamente.

10.2 Codificador Rotativo para Velocidade do Motor

Um disco com ranhuras acoplado ao eixo de um motor pode passar pela zona de deteção do sensor. À medida que as ranhuras e os raios passam alternadamente, interrompem o feixe de IR, gerando um trem de pulsos digitais na saída do fototransistor. A frequência deste sinal é diretamente proporcional à velocidade do motor. O tempo de resposta de 15μs estabelece um limite superior para a velocidade máxima resolúvel com base na densidade das ranhuras.

11. Princípio de Funcionamento

O ITR9606-F opera com base no princípio da reflexão de luz infravermelha modulada. O IRED interno emite luz a 940nm. No seu estado padrão (sem objeto alvo), esta luz reflete-se na geometria interna da carcaça ou num fundo padrão e é detetada pelo fototransistor colocado no mesmo local, ligando-o. Quando um objeto entra na zona de deteção, altera este caminho de luz refletida — tipicamente absorvendo ou dispersando a luz IR — causando uma queda mensurável na irradiância recebida pelo fototransistor e, portanto, na sua corrente de saída. Esta mudança na saída é usada como um sinal digital ou analógico que indica a presença ou posição do objeto.

12. Tendências Tecnológicas

Interruptores ópticos como o ITR9606-F representam uma tecnologia madura e confiável. As tendências atuais neste campo focam-se em várias áreas:

• Miniaturização:Desenvolvimento de pacotes de dispositivos de montagem em superfície (SMD) ainda menores para economizar espaço na PCB em eletrónica moderna.
• Integração:Incorporação de circuitos adicionais, como gatilhos Schmitt, amplificadores ou saídas lógicas, no pacote do sensor para simplificar o projeto externo e melhorar a imunidade ao ruído.
• Desempenho Aprimorado:Melhoria dos tempos de resposta para aplicações de maior velocidade e aumento da sensibilidade para uso com correntes de acionamento mais baixas para economizar energia.
• Especialização:Criação de variantes com diferentes comprimentos de onda, distâncias de deteção ou tipos de saída (digital, analógica) para segmentos de mercado específicos, como automóvel ou automação industrial.

Apesar destas tendências, o design refletivo fundamental lado a lado permanece uma solução robusta e económica para inúmeras aplicações de deteção de proximidade e posição.