Ficha Técnica do Interruptor Óptico ITR8102 - Dimensões do Pacote 4,8x4,8x3,2mm - Tensão Direta 1,25V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR8102 é um módulo interruptor óptico compacto projetado para aplicações de detecção sem contato. Ele integra um diodo emissor de infravermelho (IRED) e um fototransistor de silício alinhados em eixos ópticos convergentes dentro de uma carcaça termoplástica preta. Esta configuração permite que o fototransistor receba radiação do IRED sob condições normais. Quando um objeto opaco interrompe o caminho da luz entre o emissor e o detector, o fototransistor deixa de conduzir, permitindo a detecção de objetos ou sensoriamento de posição.

As características principais incluem tempo de resposta rápido, alta sensibilidade e conformidade com normas ambientais como RoHS e REACH da UE. O dispositivo é construído com materiais livres de chumbo.

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

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

• Dissipação de Potência de Entrada (Pd):75 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente livre.
• Tensão Reversa de Entrada (VR):Máximo de 5 V.
• Corrente Direta de Entrada (IF):Máximo de 50 mA.
• Dissipação de Potência do Coletor de Saída (Pc):75 mW.
• Corrente do Coletor de Saída (IC):Máximo de 20 mA.
• Tensão Coletor-Emissor (BVCEO):Máximo de 30 V.
• Temperatura de Operação (Topr):-25°C a +85°C.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +85°C.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais (Tsol):260°C por menos de 5 segundos, medido a 3mm do pacote.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos a Ta=25°C e definem o desempenho operacional típico.

• Tensão Direta (VF):Tipicamente 1,25V, com máximo de 1,60V em IF=20mA.
• Corrente Reversa (IR):Máximo de 10 μA em VR=5V.
• Comprimento de Onda de Pico (λP):940 nm em IF=20mA.
• Corrente de Escuro (ICEO):Máximo de 100 nA em VCE=20V com irradiância zero (Ee=0 mW/cm²).
• Tensão de Saturação Coletor-Emissor (VCE(sat)):Máximo de 0,4V em IC=0,9mA e IF=20mA.
• Corrente do Coletor (IC(ON)):Mínimo de 0,9mA, valores típicos mais altos, até um máximo de 15mA em VCE=5V e IF=20mA.
• Tempo de Subida/Descida (tr, tf):Tipicamente 15 μsec cada sob condições de teste especificadas (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ).

3. Análise das Curvas de Desempenho

3.1 Características do Emissor de IR

A ficha técnica fornece curvas típicas para o componente emissor de infravermelho. Acurva Corrente Direta vs. Tensão Diretamostra a relação não linear, essencial para projetar o circuito de acionamento limitador de corrente. Acurva Corrente Direta vs. Temperatura Ambienteilustra a necessária redução da corrente direta máxima permitida conforme a temperatura ambiente aumenta para evitar superaquecimento. Acurva de Distribuição Espectralconfirma a emissão de pico em 940nm, que é ideal para corresponder à sensibilidade do fototransistor e minimizar interferência da luz visível ambiente.

3.2 Características do Fototransistor

A curva chave para o fototransistor é ográfico de Sensibilidade Espectral.Ele mostra a responsividade do detector em diferentes comprimentos de onda, com pico na região do infravermelho próximo em torno de 940nm. Esta correspondência espectral precisa com a saída do emissor IR garante alta sensibilidade e relação sinal-ruído no sistema de detecção.

4. Informações Mecânicas e do Pacote

4.1 Dimensões do Pacote

O ITR8102 é acondicionado em um pacote padrão de 4 pinos com visão lateral. As dimensões críticas incluem um tamanho total do corpo de aproximadamente 4,8mm de comprimento, 4,8mm de altura e 3,2mm de largura (excluindo os terminais). O espaçamento dos terminais é de 2,54mm (0,1 polegadas). Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância geral de ±0,3mm, salvo especificação em contrário. Os terminais emergem da parte inferior da carcaça plástica preta, que atua como uma barreira óptica para evitar diafonia entre o emissor e o detector.

4.2 Identificação da Polaridade

O componente usa uma configuração padrão de pinagem. Ao visualizar o dispositivo pela frente (o lado com as aberturas das lentes), os pinos são tipicamente organizados da esquerda para a direita da seguinte forma: Ânodo do IRED, Cátodo do IRED, Emissor do fototransistor, Coletor do fototransistor. É crucial consultar o diagrama do pacote para identificação definitiva, a fim de garantir a conexão correta do circuito.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Formação dos Terminais

Os terminais devem ser formados antes da soldagem. A dobra deve ocorrer a uma distância maior que 3mm da parte inferior do corpo do pacote de epóxi para evitar trincas induzidas por tensão ou degradação do desempenho. O suporte dos terminais deve ser firmemente segurado durante a dobra para evitar tensão no bulbo de epóxi. O corte dos terminais deve ser realizado à temperatura ambiente.

5.2 Processo de Soldagem

As condições de soldagem recomendadas são críticas para a confiabilidade.

• Soldagem Manual:Temperatura máxima da ponta do ferro 300°C (para um ferro de 30W), tempo máximo de soldagem 3 segundos por terminal.
• Soldagem por Onda/Imersão (DIP):Temperatura máxima de pré-aquecimento 100°C por até 60 segundos. Temperatura máxima do banho de solda 260°C por um tempo máximo de permanência de 5 segundos.
• Distância Crítica:A junta de solda deve estar a pelo menos 3mm de distância do bulbo de epóxi para evitar danos térmicos.
• Limite do Processo:A soldagem por imersão ou manual não deve ser realizada mais de uma vez.

Um perfil de temperatura de soldagem recomendado é fornecido, enfatizando uma rampa de aquecimento controlada, um platô de temperatura de pico e uma fase de resfriamento controlado para minimizar o choque térmico.

5.3 Limpeza e Armazenamento

A limpeza ultrassônica é proibida, pois pode danificar os componentes internos ou a vedação de epóxi. Para armazenamento, os dispositivos devem ser mantidos a 10-30°C e ≤70% de UR por até 3 meses após o envio. Para armazenamento mais longo (até um ano), recomenda-se uma atmosfera de nitrogênio a 10-25°C e 20-60% de UR. Após abrir a bolsa de barreira de umidade, os dispositivos devem ser usados em até 24 horas ou reembalados imediatamente.

6. Embalagem e Informações de Pedido

A especificação de embalagem padrão é de 100 peças por tubo, 20 tubos por caixa e 4 caixas por cartucho, totalizando 8000 peças por cartucho. O rótulo na embalagem inclui campos para Número da Peça do Cliente (CPN), Número da Peça do Fabricante (P/N), Quantidade da Embalagem (QTY) e Número do Lote (LOT No.) para rastreabilidade.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O ITR8102 é adequado para várias aplicações de detecção e comutação sem contato, incluindo, mas não se limitando a:

• Sensoriamento de Posição em Impressoras/Scanners/Copiadoras:Detectar presença de papel, posição da bandeja ou posição inicial do carro.
• Codificação Rotativa:Usado em conjunto com uma roda ranhurada para medir velocidade ou posição em motores, ventiladores ou unidades de disquete.
• Detecção de Objetos:Detectar a presença ou ausência de um objeto em máquinas de venda automática, automação industrial ou sistemas de segurança.
• Comutação Sem Contato:Implementar interruptores sem toque em eletrônicos de consumo ou eletrodomésticos.

7.2 Considerações de Projeto

• Resistor Limitador de Corrente:Um resistor externo deve ser conectado em série com o ânodo do IRED para limitar a corrente direta (IF) ao valor desejado (por exemplo, 20mA para operação típica), calculado com base na tensão de alimentação e na tensão direta do IRED (VF).
• Polarização do Fototransistor:Um resistor de carga (RL) é conectado entre o coletor do fototransistor e a alimentação positiva. O valor de RL determina a excursão da tensão de saída e a velocidade de comutação. Um valor típico é 1kΩ.
• Imunidade à Luz Ambiente:A carcaça preta e o par de comprimentos de onda correspondentes de 940nm fornecem boa rejeição à luz visível ambiente. Para ambientes com alto IR ambiente, técnicas de modulação/demodulação podem ser necessárias.
• Projeto de Abertura e Gap:A distância de detecção e a resolução dependem do tamanho e alinhamento do objeto que interrompe o feixe. O eixo óptico convergente define um gap de detecção específico.
• Gerenciamento de Calor:A corrente direta deve ser reduzida em temperaturas ambientes mais altas de acordo com a curva de derating para garantir que a dissipação de potência de entrada (Pd) não exceda os limites seguros.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O ITR8102 oferece um conjunto equilibrado de especificações para interrupção óptica de uso geral. Seus principais diferenciais incluem um tempo de resposta relativamente rápido de 15μs adequado para sensoriamento de média velocidade, uma alta corrente de coletor mínima (0,9mA) garantindo um sinal de saída forte e um pacote compacto e padrão do setor. Comparado a sensores reflexivos, módulos interruptores como o ITR8102 fornecem maior confiabilidade e consistência, pois são imunes a variações na refletividade do objeto alvo. A configuração lado a lado com um gap físico é ideal para detectar objetos que passam por um plano específico.

9. Perguntas Frequentes (FAQs)

9.1 Qual é a distância ou gap de detecção típico?

O gap de detecção é definido pela separação mecânica entre as lentes do emissor e do detector dentro do pacote. Para o ITR8102, este é um gap interno fixo. O dispositivo detecta qualquer objeto opaco que seja inserido neste gap e interrompa o feixe infravermelho. A "distância de detecção" efetiva é essencialmente zero, pois o objeto deve entrar fisicamente no slot.

9.2 Posso alimentar o IRED diretamente com uma fonte de tensão?

Não. O IRED é um diodo com uma resistência dinâmica e uma queda de tensão direta. Conectá-lo diretamente a uma fonte de tensão que exceda seu VF causará fluxo de corrente excessivo, potencialmente destruindo o dispositivo. Um resistor limitador de corrente em série é obrigatório.

9.3 Como conecto a saída do fototransistor a um microcontrolador?

O fototransistor atua como um interruptor dependente de luz. Com o resistor de carga (RL) conectado ao VCC, a saída do coletor será puxada para baixo (próximo de VCE(sat)) quando o feixe não estiver bloqueado (estado LIGADO). Quando o feixe é bloqueado, o transistor desliga e a saída do coletor vai para alto (para VCC). Este sinal digital pode ser lido diretamente por um pino de entrada digital de um microcontrolador. Para sensoriamento analógico da intensidade da luz, a tensão através do RL pode ser medida com um ADC, embora a linearidade possa ser limitada.

9.4 Por que a distância de soldagem (3mm) é tão crítica?

O pacote de epóxi que encapsula os chips semicondutores é sensível ao estresse térmico extremo. Soldar muito perto do corpo pode transferir calor excessivo, potencialmente trincando o epóxi, danificando as ligações internas dos fios ou alterando as propriedades ópticas da lente, levando a falha imediata ou confiabilidade reduzida a longo prazo.

10. Caso Prático de Projeto

Caso: Sensor de Fim de Papel em uma Impressora de Mesa

Nesta aplicação, o ITR8102 é montado na placa principal da impressora, posicionado de modo que seu gap de detecção se alinhe com um caminho por onde a pilha de papel passa. Uma alavanca ou bandeira mecânica presa à bandeja de papel se move para dentro do gap do sensor quando o papel acaba.

Implementação do Circuito:O IRED é acionado com uma corrente constante de 20mA da fonte de alimentação lógica de 5V da impressora através de um resistor de série de 180Ω ((5V - 1,25V)/20mA ≈ 187Ω, valor padrão 180Ω). O coletor do fototransistor é conectado à alimentação de 5V através de um resistor pull-up de 4,7kΩ e também a um pino GPIO no microcontrolador da impressora.

Operação:Quando há papel, a bandeira está fora do gap, o feixe não é interrompido, o fototransistor está LIGADO, puxando a saída do coletor para BAIXO. O microcontrolador lê um '0' lógico, indicando que há papel. Quando o papel acaba, a bandeira entra no gap, bloqueando o feixe. O fototransistor desliga, permitindo que o resistor pull-up leve a saída do coletor para ALTO. O microcontrolador lê um '1' lógico, acionando um alerta de "Fim de Papel" na interface do usuário. O tempo de resposta rápido do ITR8102 garante detecção imediata.

11. Princípio de Funcionamento

O ITR8102 opera no princípio da transmissão e detecção de luz modulada. O diodo emissor de infravermelho (IRED) interno emite fótons em um comprimento de onda de pico de 940nm quando polarizado diretamente com uma corrente apropriada. Esses fótons viajam através de um pequeno gap de ar precisamente alinhado dentro da carcaça. O fototransistor de silício, posicionado oposto ao IRED, é sensível a este comprimento de onda específico. Quando os fótons atingem a região da base do fototransistor, eles geram pares elétron-lacuna, efetivamente criando uma corrente de base que liga o transistor, permitindo que uma corrente de coletor muito maior flua. Esta corrente de coletor é proporcional à intensidade da luz infravermelha recebida. Quando um objeto opaco entra no gap, ele bloqueia o fluxo de fótons, a corrente de base do fototransistor cai para quase zero (corrente de escuro) e o transistor desliga. Este estado elétrico distinto LIGADO/DESLIGADO na saída corresponde diretamente à presença ou ausência de um objeto no caminho óptico.

12. Tendências Tecnológicas

A tecnologia de interruptores ópticos continua a evoluir junto com os avanços em optoeletrônica e fabricação. As tendências incluem o desenvolvimento de dispositivos com pegadas de pacote ainda menores para permitir a miniaturização em eletrônicos de consumo e wearables. Há também um impulso para velocidades de comutação mais altas para suportar codificação de dados mais rápida e automação industrial de alta velocidade. A integração de funcionalidades adicionais, como gatilhos Schmitt embutidos para condicionamento de sinal ou resistores limitadores de corrente, simplifica o projeto do circuito. Além disso, melhorias em materiais e processos de moldagem aumentam a robustez ambiental, permitindo operação em faixas mais amplas de temperatura e umidade para aplicações automotivas e industriais. O princípio fundamental permanece robusto, garantindo a relevância contínua dos interruptores ópticos para detecção confiável, sem contato, de posição e objetos.