Folha de Dados do Interruptor Óptico ITR8402-F-A - Dimensões 4.0x2.0x3.0mm - Tensão Direta 1.2V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR8402-F-A é um módulo interruptor óptico compacto projetado para aplicações de detecção sem contato. Ele integra um díodo emissor de infravermelhos (IRED) e um fototransistor de silício alinhados num eixo óptico convergente dentro de um invólucro preto de termoplástico. O princípio de funcionamento fundamental envolve o fototransistor receber a radiação infravermelha emitida pelo IRED em condições normais. Quando um objeto opaco interrompe o caminho óptico entre o emissor e o detector, o fototransistor deixa de receber o sinal, permitindo a detecção de objetos ou sensoriamento de posição.

As características principais 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 Profunda dos Parâmetros Técnicos

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):A dissipação de potência (Pd) é de 75 mW a uma temperatura ambiente de 25°C ou inferior. A tensão reversa máxima (VR) é de 5V, e a corrente direta máxima (IF) é de 50 mA.
• Saída (Fototransistor):A dissipação de potência do coletor (Pd) é de 75 mW. A corrente máxima do coletor (IC) é de 20 mA. A tensão coletor-emissor (BV_CEO) é de 30V, e a tensão emissor-coletor (BV_ECO) é de 5V.
• Ambientais:A faixa de temperatura de operação (T_opr) é de -25°C a +85°C. A faixa de temperatura de armazenamento (T_stg) é de -40°C a +85°C. A temperatura de soldagem dos terminais (T_sol) não deve exceder 260°C por uma duração de 5 segundos ou menos, medida a 3mm do corpo do encapsulamento.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Estes parâmetros são medidos a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C e definem o desempenho típico do dispositivo.

• Entrada (IRED):A tensão direta típica (V_F) é de 1.2V a uma corrente direta (I_F) de 20mA, com um máximo de 1.5V. A corrente reversa (I_R) é no máximo 10 µA a V_R=5V. O comprimento de onda de pico (λ_P) é de 940nm.
• Saída (Fototransistor):A corrente de escuro (I_CEO) é no máximo 100 nA a V_CE=20V com irradiância zero. A tensão de saturação coletor-emissor (V_CE(sat)) é no máximo 0.4V quando a corrente do coletor (I_C) é 2mA sob uma irradiância (E_e) de 1 mW/cm².
• Características de Transferência:A corrente mínima do coletor (I_C(ON)) é de 0.5 mA quando V_CE=5V e I_F=20mA. O tempo de subida típico (t_r) e o tempo de descida (t_f) são ambos 15 µs sob condições de teste de V_CE=5V, I_C=1mA, e um resistor de carga (R_L) de 1 kΩ.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A folha de dados fornece curvas características típicas tanto para o emissor IR quanto para o fototransistor. Estas curvas são essenciais para compreender o comportamento do dispositivo sob condições variáveis.

3.1 Características do Emissor IR

As curvas ilustram a relação entre a corrente direta e a tensão direta, o que é crucial para projetar o circuito de acionamento. Elas também mostram a derating da dissipação de potência do coletor à medida que a temperatura ambiente aumenta, o que é vital para o gerenciamento térmico. A curva de sensibilidade espectral confirma a emissão de pico em 940nm.

3.2 Características do Fototransistor

A curva de sensibilidade espectral para o fototransistor mostra sua responsividade em diferentes comprimentos de onda, com a sensibilidade de pico tipicamente alinhada com a saída de 940nm do emissor IR, garantindo eficiência de acoplamento ótima.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O ITR8402-F-A é acondicionado num encapsulamento compacto e padrão da indústria. As dimensões principais incluem o tamanho total do corpo, o espaçamento dos terminais e o posicionamento da abertura óptica. Todas as dimensões são especificadas em milímetros com uma tolerância padrão de ±0.3 mm, salvo indicação em contrário. O espaçamento dos terminais é medido no ponto onde eles emergem do corpo do encapsulamento.

4.2 Identificação da Polaridade

O componente é projetado para montagem através de orifício. A configuração dos pinos deve ser observada cuidadosamente durante o layout da PCB e a montagem para garantir a conexão elétrica correta do ânodo e cátodo do IRED e do coletor e emissor do fototransistor.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

5.1 Formação dos Terminais

Se for necessária a formação dos terminais, esta deve ser realizadaantesda soldagem. A dobra deve ocorrer a uma distância mínima de 3mm da base do encapsulamento epóxi para evitar danos induzidos por tensão. Os terminais devem ser fixados durante a dobra, e o próprio encapsulamento não deve ser tocado ou tensionado. O corte dos terminais deve ser feito à temperatura ambiente.

5.2 Processo de Soldagem

A soldagem deve ser realizada com cuidado para evitar danos térmicos ou mecânicos.

• Soldagem Manual:Temperatura máxima da ponta do ferro de 300°C (para ferros com potência máxima de 30W). O tempo de soldagem por terminal não deve exceder 3 segundos. Mantenha uma distância mínima de 3mm do ponto de solda até a cápsula epóxi.
• Soldagem por Onda/Imersão:Temperatura máxima de pré-aquecimento de 100°C por até 60 segundos. A temperatura do banho de solda não deve exceder 260°C, com um tempo de permanência máximo de 5 segundos. A regra da distância de 3mm da cápsula epóxi também se aplica.

É fornecido um perfil de temperatura de soldagem recomendado, enfatizando um aquecimento controlado, um patamar de temperatura de pico definido e uma fase de resfriamento controlada. O resfriamento rápido não é recomendado. A soldagem (por imersão ou manual) não deve ser realizada mais de uma vez. Após a soldagem, o dispositivo deve ser protegido de choques mecânicos até retornar à temperatura ambiente.

5.3 Limpeza e Armazenamento

A limpeza ultrassônica do dispositivo montado é proibida, pois pode causar danos internos. Para armazenamento, os dispositivos devem ser mantidos a 10-30°C com humidade relativa de 70% ou menos. A vida útil de armazenamento recomendada na embalagem original de envio é de 3 meses. Para armazenamento mais longo, recomenda-se uma atmosfera de azoto a 10-25°C e 20-60% de HR. Uma vez aberto, os dispositivos devem ser utilizados dentro de 24 horas, e quaisquer componentes restantes devem ser rapidamente resealados.

6. Embalagem e Informações de Encomenda

A especificação de embalagem padrão é de 90 peças por tubo, 48 tubos por caixa e 4 caixas por cartão. A etiqueta na embalagem inclui campos para Número de Peça do Cliente (CPN), Número de Peça (P/N), Quantidade de Embalagem (QTY), Categoria (CAT), Referência (REF) e Número de Lote (LOT No).

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

O ITR8402-F-A é bem adequado para várias aplicações de sensoriamento e comutação sem contato, incluindo, mas não se limitando a: sensoriamento de posição em ratos de computador e copiadoras, detecção de papel em scanners e unidades de disquete, detecção de borda em impressoras e detecção de objetos de uso geral. O seu encapsulamento para montagem através de orifício torna-o adequado para montagem direta na placa numa vasta gama de eletrónica de consumo e industrial.

7.2 Considerações de Projeto

Ao projetar com este interruptor óptico, vários fatores são críticos:

• Projeto do Circuito:Um resistor limitador de corrente é obrigatório para o IRED operar dentro da sua corrente direta especificada (I_F). A saída do fototransistor tipicamente requer um resistor de pull-up para definir o nível lógico alto quando o feixe não está interrompido.
• Integração Mecânica:Os orifícios da PCB devem alinhar-se precisamente com os terminais do componente para evitar tensão de montagem. A ranhura entre o emissor e o detector deve ser mantida livre de obstruções e contaminação.
• Gestão Térmica:A dissipação de potência tanto do IRED quanto do fototransistor deve ser considerada, especialmente em ambientes de alta temperatura ambiente. Consulte as curvas de derating para orientação.
• Imunidade à Luz Ambiente:Embora o comprimento de onda de 940nm e o invólucro proporcionem alguma imunidade, projetar o sistema para operar num ambiente de luz controlada ou usar sinais IR modulados pode melhorar a fiabilidade em condições desafiadoras.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O ITR8402-F-A oferece um equilíbrio entre velocidade, sensibilidade e tamanho. O seu tempo de resposta rápido de 15µs torna-o adequado para aplicações que requerem detecção rápida, como em codificadores ou contagem de alta velocidade. A alta sensibilidade permite uma operação fiável mesmo com correntes de acionamento mais baixas ou em ambientes empoeirados. O design de eixo convergente lado a lado num encapsulamento padrão fornece uma solução económica para muitas necessidades comuns de sensoriamento, em comparação com sensores mais especializados ou reflexivos.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

9.1 Qual é a distância ou folga de detecção típica?

A folha de dados não especifica uma folga de detecção máxima. Este parâmetro depende fortemente da corrente aplicada ao IRED, da sensibilidade do fototransistor específico, do balanço do sinal de saída requerido e das características do objeto interrompente (opacidade, tamanho). É determinado empiricamente para cada aplicação.

9.2 Posso usar este sensor à luz do sol?

A luz solar direta contém radiação infravermelha significativa e pode saturar o fototransistor, causando operação não fiável. Para aplicações ao ar livre ou com alta luz ambiente, é fortemente recomendado o uso de blindagem adicional, filtragem óptica ou o uso de um sinal IR modulado com detecção síncrona.

9.3 Por que o tempo de subida/descida é especificado com uma carga de 1kΩ?

A velocidade de comutação de um fototransistor é afetada pela constante de tempo RC formada pela sua capacitância de junção e pela resistência de carga. Especificá-lo com uma carga padrão (1 kΩ) permite uma comparação consistente entre dispositivos. Usar um resistor de carga diferente alterará os tempos efetivos de subida e descida.

10. Casos Práticos de Projeto e Utilização

10.1 Estudo de Caso: Detecção de Enroscamento de Papel numa Impressora

Nesta aplicação, múltiplos sensores ITR8402-F-A são colocados ao longo do caminho do papel. O feixe IR é normalmente interrompido pela presença do papel. Um enroscamento de papel é detectado quando o feixe permanece ininterrupto (fototransistor LIGADO) por mais tempo do que o tempo de trânsito esperado entre dois sensores, ou quando se torna interrompido (fototransistor DESLIGADO) num sensor onde o papel não deveria estar presente. O tempo de resposta rápido garante uma detecção atempada, prevenindo danos.

10.2 Estudo de Caso: Codificador Rotativo para Controlo de Velocidade do Motor

Um disco com ranhuras acoplado ao eixo de um motor gira entre o emissor e o detector do ITR8402-F-A. À medida que as ranhuras passam pelo feixe, geram uma saída pulsada do fototransistor. A frequência destes pulsos é diretamente proporcional à velocidade de rotação do motor. O tempo de resposta de 15µs permite uma medição precisa da velocidade mesmo a RPMs elevados.

11. Princípio de Funcionamento

Um interruptor óptico, ou fotointerruptor, é um componente autónomo que combina uma fonte de luz infravermelha e um fotodetector num único encapsulamento, frente a frente através de uma folga física. O IRED é polarizado diretamente para emitir luz infravermelha invisível. O fototransistor, posicionado em frente, atua como um interruptor controlado por luz. A sua resistência coletor-emissor é muito alta (está \"DESLIGADO\") quando nenhuma luz incide sobre ele (a corrente de escuro é mínima). Quando a luz IR atinge a sua região da base, pares eletrão-lacuna são gerados, polarizando efetivamente o transistor e permitindo que uma corrente significativa do coletor flua, ligando-o \"ON.\" Um objeto colocado na folga bloqueia a luz, desligando o fototransistor. Este sinal digital ON/OFF é usado para detecção.

12. Tendências Tecnológicas

A tecnologia central dos interruptores ópticos é madura, mas as tendências focam-se na miniaturização (encapsulamentos SMD menores), maior velocidade para aplicações de transmissão de dados e integração de circuitos adicionais (como disparadores Schmitt ou amplificadores) dentro do encapsulamento para fornecer um sinal digital mais limpo e melhorar a imunidade ao ruído. Há também uma tendência para correntes de operação mais baixas para dispositivos IoT alimentados por bateria. O princípio fundamental da detecção de luz modulada para rejeição de luz ambiente continua a ser uma área-chave de desenvolvimento para aplicações industriais e automotivas robustas.