Ficha Técnica do Interruptor Óptico ITR9707 - Dimensões 7.0x4.0x3.0mm - Tensão Direta 1.2V - Comprimento de Onda de Pico 940nm - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR9707 é um módulo interruptor óptico compacto, também conhecido como interruptor fotoelétrico ou sensor de fenda. Ele integra um díodo emissor de infravermelhos (IRED) e um fototransístor de silício dentro de uma única carcaça termoplástica preta. Os componentes estão posicionados lado a lado em eixos ópticos convergentes. O princípio de operação fundamental baseia-se na interrupção de um feixe de luz infravermelha. No seu estado normal, o fototransístor recebe a radiação emitida pelo LED IR colocado em conjunto. Quando um objeto opaco passa pela fenda entre o emissor e o detetor, o caminho da luz é bloqueado, fazendo com que a saída do fototransístor mude de estado. Isto fornece um método fiável e sem contato para detetar a presença, ausência ou posição de um objeto.

1.1 Características e Vantagens Principais

• Tempo de Resposta Rápido:Permite a deteção de eventos de alta velocidade com tempos de subida e descida típicos de 15 microssegundos.
• Alta Sensibilidade:O fototransístor de silício fornece uma forte resposta elétrica à iluminação infravermelha.
• Comprimento de Onda Específico:Utiliza um LED IR com um comprimento de onda de emissão de pico (λp) de 940nm, que está fora do espetro visível, reduzindo a interferência da luz ambiente.
• Conformidade Ambiental:O produto é isento de chumbo, cumpre a diretiva RoHS e adere aos regulamentos REACH da UE.

1.2 Aplicações Alvo

Este dispositivo foi concebido para uma variedade de aplicações de comutação e deteção sem contato, incluindo, mas não limitado a: deteção de posição em ratos de computador e copiadoras, deteção de borda em scanners e unidades de disquete, comutação sem contato de uso geral e montagem direta em placa em várias montagens eletrónicas.

2. Especificações Técnicas e Interpretação Aprofundada

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. A operação nestas condições não é garantida.

• Entrada (LED IR):A corrente direta contínua máxima (IF) é de 50 mA. A tensão reversa máxima (VR) é de 5 V. A dissipação de potência (Pd) é de 75 mW a uma temperatura ambiente livre de 25°C ou inferior.
• Saída (Fototransístor):A corrente de coletor máxima (IC) é de 20 mA. A tensão de ruptura coletor-emissor (BVCEO) é de 30 V. A dissipação de potência (Pd) é de 75 mW.
• Térmico:A gama de temperatura de operação (Topr) é de -25°C a +85°C. A gama de temperatura de armazenamento (Tstg) é de -40°C a +85°C.
• Soldadura:A temperatura de soldadura dos terminais (Tsol) não deve exceder 260°C por uma duração de 5 segundos ou menos, medida a 3mm do corpo do encapsulamento.

2.2 Características Eletro-Óticas

Estes são os parâmetros de desempenho típicos medidos a Ta=25°C, definindo o comportamento operacional do dispositivo.

• Características de Entrada:A tensão direta (VF) do LED IR é tipicamente 1.2V a uma corrente de acionamento (IF) de 20mA, com um máximo de 1.5V. A corrente reversa (IR) é no máximo 10 µA a VR=5V.
• Características de Saída:A corrente de coletor no escuro (ICEO), que é a corrente de fuga sem iluminação, é no máximo 100 nA a VCE=20V. A tensão de saturação coletor-emissor (VCE(sat)) é no máximo 0.4V quando o fototransístor é levado à saturação (IC=2mA, Ee=1mW/cm²).
• Características de Transferência:Isto define a relação entre entrada e saída. A corrente de coletor no estado ligado (IC(on)) é garantida ser pelo menos 0.5mA quando o LED IR é acionado com IF=20mA e o fototransístor é polarizado com VCE=5V. Este parâmetro, conhecido como taxa de transferência de corrente (CTR), é crucial para projetar o circuito de interface.
• Resposta Dinâmica:Tanto o tempo de subida (tr) como o tempo de descida (tf) são tipicamente 15 µs sob condições de teste especificadas (VCE=5V, IC=1mA, RL=1kΩ). Isto determina a frequência de comutação máxima.

3. Análise das Curvas de Desempenho

3.1 Características do LED IR

A ficha técnica fornece curvas típicas para o componente emissor infravermelho. Ográfico de Corrente Direta vs. Temperatura Ambientemostra como a corrente direta máxima permitida é reduzida à medida que a temperatura ambiente aumenta acima de 25°C, o que é crítico para a gestão térmica. Acurva de Corrente Direta vs. Tensão Diretailustra a característica IV do díodo, essencial para selecionar a resistência limitadora de corrente. Ográfico de Sensibilidade Espetralconfirma a emissão de pico a 940nm e a largura da banda de emissão.

3.2 Características do Fototransístor

Acurva de Sensibilidade Espetralpara o fototransístor mostra a sua responsividade em diferentes comprimentos de onda. Tem um pico na região do infravermelho próximo, correspondendo de perto à saída de 940nm do LED IR emparelhado. Esta correspondência espetral maximiza a sensibilidade e minimiza a resposta a fontes de luz ambiente indesejadas.

4. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

4.1 Dimensões do Encapsulamento

O ITR9707 está alojado num encapsulamento padrão e compacto. As dimensões principais incluem uma largura total do corpo de aproximadamente 7.0mm, uma altura de 4.0mm e uma profundidade de 3.0mm. A largura da fenda, que determina o tamanho do objeto que pode ser detetado, é uma dimensão crítica. O espaçamento dos terminais é padronizado para montagem em PCB de orifícios passantes. Todas as tolerâncias dimensionais são tipicamente ±0.3mm, salvo indicação em contrário.

4.2 Identificação de Polaridade e Montagem

O componente tem uma pinagem padrão onde o ânodo e o cátodo do LED IR estão num lado, e o emissor e o coletor do fototransístor estão no outro. A carcaça preta e os comprimentos específicos dos terminais ou marcações no encapsulamento indicam tipicamente a orientação. A polaridade correta deve ser observada durante o layout da PCB e a montagem.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

5.1 Precauções na Formação dos Terminais

Se os terminais precisarem de ser dobrados para montagem, isto deve ser feitoantesda soldadura. A dobra deve ocorrer a não menos de 3mm da base do corpo do encapsulamento epóxi para evitar transmitir tensão que possa rachar a carcaça ou danificar o chip interno. Os terminais devem ser fixados durante a dobra, e a operação deve ser realizada à temperatura ambiente.

5.2 Parâmetros de Soldadura Recomendados

• Soldadura Manual:A temperatura da ponta do ferro não deve exceder 300°C (para um ferro de 30W no máximo). O tempo de soldadura por terminal deve ser de 3 segundos ou menos. A junta de solda deve estar a pelo menos 3mm da bolha epóxi.
• Soldadura por Onda/Imersão:A temperatura de pré-aquecimento deve ser no máximo 100°C por até 60 segundos. A temperatura do banho de solda não deve exceder 260°C, com um tempo de permanência na onda de 5 segundos ou menos. Mais uma vez, mantenha uma distância mínima de 3mm do encapsulamento.

É recomendado um perfil de temperatura de soldadura, enfatizando um aquecimento controlado, um patamar de temperatura de pico e um arrefecimento controlado para evitar choque térmico.

5.3 Manipulação Pós-Soldadura

Evite aplicar tensão mecânica ou vibração ao dispositivo enquanto ainda está quente da soldadura. Deixe arrefecer naturalmente à temperatura ambiente. A soldadura por imersão ou manual não deve ser repetida mais de uma vez. A limpeza ultrassónica não é recomendada para este dispositivo.

6. Armazenamento e Manipulação

Para armazenamento de longo prazo que exceda a vida útil padrão de 3 meses a partir do envio, os dispositivos devem ser mantidos num recipiente selado com atmosfera de azoto a 10°C~25°C e 20%~60% de humidade relativa. Após abrir a embalagem sensível à humidade, os componentes devem ser utilizados dentro de 24 horas ou o mais rápido possível. Mudanças rápidas de temperatura em ambientes de alta humidade devem ser evitadas para prevenir condensação, que pode levar a corrosão ou outros danos durante a soldadura subsequente.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

A configuração de embalagem padrão é de 78 peças por tubo. Quarenta e dois tubos são embalados numa caixa, e quatro caixas são embaladas num cartão mestre. A etiqueta na embalagem inclui campos para Número de Peça do Cliente (CPN), Número de Peça do Fabricante (P/N), quantidade (QTY), designadores de referência (REF) e Número de Lote (LOT No) para rastreabilidade.

8. Considerações de Projeto de Aplicação

8.1 Configuração de Circuito Típica

Um circuito de aplicação típico envolve uma resistência limitadora de corrente em série com o ânodo do LED IR. O valor é calculado com base na tensão de alimentação (Vcc), na tensão direta do LED (VF ~1.2V) e na corrente direta desejada (IF, por exemplo, 20mA). O fototransístor é comumente usado no modo de comutação, conectado como um dispositivo de pull-down com o seu coletor a Vcc (através de uma resistência de pull-up, se necessário) e o seu emissor ao terra. A tensão no nó do coletor será baixa quando o feixe não for interrompido (transístor LIGADO) e alta quando o feixe for bloqueado (transístor DESLIGADO).

8.2 Fatores de Projeto

• Deteção de Objetos:O dispositivo deteta objetos opacos que interrompem totalmente o feixe infravermelho dentro da fenda. Materiais reflexivos ou translúcidos podem não desencadear uma mudança de estado fiável.
• Imunidade à Luz Ambiente:O comprimento de onda de 940nm e a resposta espetral correspondente oferecem uma boa rejeição à luz ambiente visível comum. No entanto, fontes fortes de luz infravermelha (por exemplo, luz solar, lâmpadas incandescentes) podem potencialmente causar interferência e podem exigir blindagem ótica ou técnicas de modulação/desmodulação para aplicações críticas.
• Velocidade de Resposta:O tempo de resposta de 15 µs permite a deteção de objetos que se movem a velocidades relativamente altas, adequado para codificadores e sensores de velocidade.
• Alinhamento:A ótica convergente integrada simplifica o alinhamento, mas a PCB deve ser projetada para que os terminais sejam inseridos sem tensão, e a fenda deve permanecer desobstruída.

9. Comparação e Posicionamento Técnico

O ITR9707 representa uma solução padrão e económica para montagem em orifícios passantes. Os seus principais diferenciadores são o seu comprimento de onda específico de 940nm, que é um padrão comum da indústria, e a sua construção robusta. Comparado com sensores reflexivos, os interruptores fornecem uma deteção mais fiável e consistente, pois são menos suscetíveis a variações na refletividade da superfície do alvo. Comparado com dispositivos modernos de montagem em superfície, o encapsulamento de orifício passante oferece robustez mecânica em aplicações sujeitas a vibração ou onde é usada montagem manual.

10. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a distância ou fenda de operação típica?

R: A "fenda" de operação é a ranhura física dentro do próprio encapsulamento. O dispositivo deteta qualquer objeto opaco que entre e bloqueie esta ranhura interna. Não é usado para detetar objetos a uma distância fora do encapsulamento.

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

R: Não. Um LED é um dispositivo acionado por corrente. Uma resistência limitadora de corrente em série é obrigatória para evitar corrente excessiva que destruiria o LED, mesmo que a tensão de alimentação pareça baixa.

P: Como interpreto o valor mínimo de IC(on) de 0.5mA?

R: Este é o valor mínimo garantido da corrente de saída quando a entrada é acionada sob condições de teste padrão (IF=20mA, VCE=5V). O seu projeto de circuito deve funcionar corretamente mesmo que o dispositivo real esteja nesta especificação mínima, garantindo robustez face a variações de produção.

P: Este sensor é imune à luz solar?

R: Embora o filtro de 940nm ajude, a luz solar direta contém uma quantidade significativa de radiação infravermelha e pode saturar o sensor. Para uso ao ar livre ou em ambientes internos muito iluminados, é recomendada blindagem ótica adicional ou filtragem eletrónica (por exemplo, luz modulada).

11. Exemplos de Aplicação Prática

Exemplo 1: Deteção de Encalhe de Papel numa Impressora.O interruptor é montado de modo que uma palheta de papel ou o próprio papel passe pela sua fenda. Quando o papel está presente, o feixe é bloqueado e o fototransístor está desligado. Um encalhe de papel ou condição de falta de papel (sem bloqueio) faz com que o transístor ligue, sinalizando ao microcontrolador.

Exemplo 2: Codificador Rotativo para Velocidade do Motor.Um disco com fendas preso a um eixo do motor roda entre os braços do interruptor. À medida que cada fenda passa, o feixe é alternadamente interrompido e permitido passar, gerando um trem de pulsos de onda quadrada. A frequência deste sinal é diretamente proporcional à velocidade de rotação do motor.

12. Princípio de Funcionamento

O ITR9707 opera com base no princípio da interrupção da luz transmitida. Um feixe de luz infravermelha é gerado pelo LED de GaAlAs. Este feixe atravessa uma pequena fenda de ar dentro da carcaça do dispositivo e é focado na área sensível do fototransístor NPN de silício. O fototransístor atua como uma fonte de corrente; os fotões incidentes geram pares eletrão-lacuna na sua região da base, induzindo uma corrente de base que é então amplificada pelo ganho do transístor, resultando numa corrente de coletor muito maior. Quando um objeto bloqueia o feixe, o fluxo de fotões cai para zero, a corrente de base cessa e a corrente de coletor cai para o seu nível muito baixo de corrente no escuro. Esta mudança brusca na corrente de saída é usada como um sinal digital indicando a presença do objeto.

13. Tendências Tecnológicas

Os interruptores óticos continuam a ser componentes fundamentais na deteção de posição e movimento. As tendências atuais incluem o desenvolvimento de versões de dispositivos de montagem em superfície (SMD) para montagem automatizada, que oferecem pegadas menores e perfis mais baixos. Há também uma tendência para integrar circuitos adicionais no chip, como gatilhos Schmitt para saída digital com histerese, amplificadores para saída analógica, ou mesmo lógica de codificador completa. Além disso, os avanços nos materiais de encapsulamento visam melhorar o desempenho térmico e a resistência aos processos de lavagem de placas. O princípio fundamental da interrupção ótica, no entanto, continua a ser valorizado pela sua simplicidade, fiabilidade e natureza sem contato.