Ficha Técnica do Sensor Óptico Reflexivo ITR8307/F43 - LED Infravermelho e Fototransistor - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR8307/F43 é um sensor óptico reflexivo compacto de montagem em superfície, projetado para deteção de objetos a curta distância. Integra um díodo emissor de luz infravermelha (LED-IR) e um fototransistor de silício NPN de alta sensibilidade num único encapsulamento de plástico. A sua função principal é detetar a presença ou ausência de um objeto, emitindo luz infravermelha a partir do LED e medindo a quantidade de luz refletida de volta para o fototransistor.

As principais vantagens deste dispositivo incluem o seu tempo de resposta rápido, alta sensibilidade à luz infravermelha e a capacidade de filtrar interferências da luz visível, garantindo uma operação fiável. O seu formato fino e compacto torna-o adequado para aplicações com espaço limitado em eletrónica de consumo e equipamentos controlados por microcomputador.

O dispositivo é fabricado sem chumbo (Pb-free), em conformidade com o regulamento REACH da UE e adere aos padrões sem halogéneos (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm). Foi também concebido para permanecer dentro das especificações da diretiva RoHS.

2. Análise Profunda dos Parâmetros Técnicos

2.1 Especificações Máximas Absolutas

Estas classificações definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é garantida a operação nestas condições.

• Dissipação de Potência de Entrada (LED-IR) (Pd):75 mW a ou abaixo de 25°C de temperatura ambiente livre. Exceder este valor pode sobreaquecer a junção do LED.
• Tensão Reversa do LED (VR):5 V. Aplicar uma tensão reversa superior pode causar ruptura.
• Corrente Direta do LED (IF):50 mA contínuos. A corrente direta de pico (IFP) é de 1 A para pulsos de 100 µs de largura num período de 10 ms.
• Dissipação de Potência do Coletor de Saída (Fototransistor) (PC):75 mW.
• Corrente do Coletor (IC):Máximo de 50 mA.
• Tensão Coletor-Emissor (V_CEO):30 V. Esta é a tensão máxima que pode ser aplicada entre o coletor e o emissor com a base aberta.
• Temperatura de Operação (T_opr):-25°C a +85°C. O dispositivo é funcional dentro desta gama de temperatura ambiente.
• Temperatura de Armazenamento (T_stg):-30°C a +100°C.
• Temperatura de Soldagem dos Terminais (T_sol):260°C por um máximo de 5 segundos. Isto é crítico para processos de soldagem por onda ou por refluxo.

2.2 Características Eletro-Ópticas

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

• Tensão Direta do LED (V_F):Tipicamente 1,2 V, com um máximo de 1,6 V a uma corrente direta (I_F) de 20 mA. Isto é importante para projetar o circuito de acionamento limitador de corrente.
• Comprimento de Onda de Pico do LED (λ_P):940 nm. Este é o comprimento de onda no qual o LED-IR emite a maior potência óptica, correspondendo à sensibilidade de pico do fototransistor de silício.
• Corrente de Escuridão do Fototransistor (I_CEO):Máximo de 100 nA a V_CE=10V sem iluminação (E_e=0). Esta é a corrente de fuga quando o sensor está 'desligado' e deve ser minimizada para uma boa relação sinal-ruído.
• Corrente do Coletor (I_C(ON)):Mínimo de 0,1 mA sob a condição de teste de V_CE=5V e I_F=20mA. Esta é a fotocorrente gerada quando o LED está ativo e um objeto está dentro do alcance de deteção.
• Tempo de Subida/Descida (t_r, t_f):Tipicamente 20 µs cada. Isto define a velocidade de comutação do fototransistor, crucial para detetar objetos em movimento rápido ou para transmissão de dados de alta velocidade em algumas aplicações.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui várias curvas características que fornecem uma compreensão mais profunda do comportamento do dispositivo em condições variáveis. Embora os gráficos específicos não sejam reproduzidos aqui, as suas implicações típicas são explicadas.

3.1 Características do LED Infravermelho

As curvas para o emissor infravermelho mostram tipicamente a relação entre a tensão direta e a corrente direta (curva I-V), que é não linear. Também ilustram a intensidade radiante relativa versus a corrente direta, mostrando como a saída óptica aumenta com a corrente de acionamento, e o efeito da temperatura ambiente nesta saída, que geralmente diminui à medida que a temperatura aumenta.

3.2 Características do Fototransistor

As curvas para o recetor representam tipicamente a corrente do coletor versus a tensão coletor-emissor para diferentes níveis de irradiância (potência óptica de entrada). Esta família de curvas é semelhante às características de saída de um transistor bipolar, com a irradiância a atuar como a corrente de base. Outras curvas podem mostrar a corrente do coletor versus a distância a uma superfície refletora ou versus a corrente de acionamento do LED, definindo a função de transferência do sensor.

3.3 Características Combinadas do Sensor

Estas curvas representam o desempenho do conjunto completo do sensor. Um gráfico chave é a corrente do coletor versus a distância a uma superfície refletora padrão (frequentemente um cartão branco) para uma corrente fixa do LED. Esta curva define o alcance de deteção efetivo e a resposta não linear em função da distância, o que é crítico para o projeto de deteção por limiar.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

O dispositivo vem num encapsulamento compacto de montagem em superfície. As dimensões exatas são fornecidas no desenho do encapsulamento da ficha técnica. Notas importantes do desenho especificam que todas as dimensões estão em milímetros e a tolerância geral é de ±0,15 mm, salvo indicação em contrário. A colocação lado a lado do LED-IR e do fototransistor está otimizada para sensoriamento reflexivo. O encapsulamento inclui marcações de polaridade para garantir a orientação correta durante a montagem na PCB.

5. Diretrizes de Soldagem e Montagem

A especificação máxima absoluta para a temperatura de soldagem dos terminais é de 260°C durante 5 segundos. Este parâmetro deve ser estritamente respeitado durante os processos de soldagem por refluxo ou por onda para evitar danos ao encapsulamento de plástico ou às ligações internas dos fios. Os perfis padrão IPC/JEDEC J-STD-020 para soldagem sem chumbo são geralmente aplicáveis, mas a temperatura de pico e o tempo acima do líquido devem ser controlados. Deve ser evitada a exposição prolongada a alta humidade antes da soldagem, e são recomendados os procedimentos padrão de manuseamento do nível de sensibilidade à humidade (MSL), embora a classificação MSL específica não seja indicada no conteúdo fornecido.

6. Informações de Embalagem e Encomenda

A embalagem padrão é a seguinte:

1. 160 peças por tubo.
2. 18 tubos por caixa interior.
3. 12 caixas interiores por caixa mestra (exterior).

A etiqueta na embalagem inclui campos para o Número de Produção do Cliente (CPN), Número de Peça (P/N), Quantidade de Embalagem (QTY), Categorias (CAT), Comprimento de Onda de Pico (HUE), Referência (REF), Número de Lote (LOT No.) e Local de Produção.

7. Sugestões de Aplicação

7.1 Cenários de Aplicação Típicos

A ficha técnica lista várias aplicações clássicas: câmaras (por exemplo, para detetar a presença de filme ou fita), gravadores de vídeo, unidades de disquete, gravadores de cassete e vários equipamentos de controlo por microcomputador. As aplicações modernas incluem deteção de papel em impressoras, deteção de moedas em máquinas de venda automática, sensoriamento de bordas, contagem de objetos e sensoriamento de proximidade em dispositivos de consumo onde é necessária deteção sem contacto.

7.2 Considerações de Projeto

• Limitação de Corrente:Deve ser utilizado um resistor em série com o LED-IR para limitar a corrente direta (I_F) a um valor seguro, tipicamente 20 mA para operação padrão, calculado usando a tensão de alimentação e a tensão direta do LED (V_F).
• Resistor de Carga:A saída do fototransistor requer um resistor de pull-up ou de carga (R_L) ligado entre o coletor e a alimentação positiva. O seu valor determina a excursão da tensão de saída e a velocidade de resposta. Um resistor menor proporciona uma resposta mais rápida, mas menor sensibilidade (menor variação de tensão).
• Imunidade à Luz Ambiente:Embora o dispositivo corte a luz visível, fontes fortes de infravermelhos ambiente (luz solar, lâmpadas incandescentes) podem afetar o desempenho. Blindagem mecânica, filtros ópticos ou técnicas de modulação/demodulação (pulsar o LED e ler a saída de forma síncrona) podem melhorar a fiabilidade.
• Refletividade:O alcance de deteção e a força do sinal dependem muito da refletividade, cor e textura da superfície do objeto alvo. Pode ser necessária calibração ou limiares ajustáveis.

8. Comparação Técnica

O ITR8307/F43 oferece um conjunto específico de características. Comparado com fototransistores ou fotodíodos mais simples, fornece uma solução integrada e alinhada para sensoriamento reflexivo. Comparado com sensores modernos de saída digital com lógica incorporada, é um componente analógico que requer circuitos externos para condicionamento de sinal, oferecendo maior flexibilidade de projeto, mas mais complexidade. Os seus principais diferenciadores são o tamanho compacto, o tempo de resposta rápido (20 µs) e a conformidade com regulamentações ambientais (RoHS, REACH, Sem Halogéneos).

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a distância de deteção típica?

R: A ficha técnica não especifica uma distância máxima, pois depende muito da refletividade do alvo e da corrente de acionamento do LED. A condição de teste para I_C(ON)usa um intervalo de 1mm, indicando que está otimizado para deteção de alcance muito curto. Os alcances práticos são geralmente de alguns milímetros a alguns centímetros.

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

R: Não. O LED deve ser acionado com uma fonte limitada de corrente, quase sempre implementada com um resistor em série, para evitar fuga térmica e destruição por sobrecorrente.

P: Como ligo a saída a um microcontrolador?

R: A saída do coletor do fototransistor é uma tensão analógica que varia com a luz refletida. Pode ser ligada a um pino do conversor analógico-digital (ADC) de um microcontrolador para medição precisa, ou através de um circuito comparador para criar um sinal digital ligado/desligado para um pino GPIO.

P: Qual é o propósito da funcionalidade 'Corte do comprimento de onda visível'?

R: O fototransistor foi concebido para ser sensível principalmente à luz infravermelha de 940 nm do seu LED emparelhado e menos sensível à luz visível. Isto reduz o disparo falso devido a alterações na iluminação ambiente da sala.

10. Caso Prático de Utilização

Caso: Deteção de Fim de Papel numa Impressora de Secretária

O sensor é montado no interior da impressora, voltado para o percurso do papel. Uma bandeira refletora ou o próprio papel atua como alvo. Quando o papel está presente, a luz infravermelha reflete de volta para o fototransistor, gerando uma alta corrente de coletor e uma baixa tensão de saída (se for usado um resistor de pull-up). Quando o papel acaba, a reflexão cessa, o fototransistor desliga e a tensão de saída sobe. Esta transição de tensão é detetada pela lógica de controlo da impressora, desencadeando um alerta de "sem papel" para o utilizador. O tempo de resposta rápido garante a deteção mesmo a altas velocidades de alimentação de papel.

11. Princípio de Funcionamento

O ITR8307/F43 opera com base no princípio da reflexão de luz modulada. O LED infravermelho interno de GaAs converte corrente elétrica em luz infravermelha (940 nm). Esta luz é emitida para uma área alvo. Se um objeto estiver presente dentro do campo de deteção, uma parte desta luz é refletida de volta. O fototransistor de silício NPN integrado atua como recetor. Quando os fotões da luz infravermelha refletida atingem a junção base-coletor do fototransistor, geram pares eletrão-lacuna. Esta corrente fotogerada atua como uma corrente de base, que é então amplificada pelo ganho do transistor, resultando numa corrente de coletor muito maior (I_C). A magnitude desta corrente de coletor é proporcional à intensidade da luz infravermelha refletida, que por sua vez depende da distância e da refletividade do objeto. Medindo esta corrente de saída (ou a tensão através de um resistor de carga), pode-se determinar a presença, ausência ou mesmo a distância aproximada de um objeto.

12. Tendências Tecnológicas

Sensores ópticos reflexivos como o ITR8307/F43 representam uma tecnologia madura e fiável. As tendências atuais no campo incluem uma maior miniaturização dos encapsulamentos, a integração do sensor com circuitos de interface analógica (amplificadores, ADCs) e lógica digital (interfaces I2C/SPI) em soluções de chip único, reduzindo o número de componentes externos. Há também um foco no menor consumo de energia para dispositivos alimentados por bateria e em algoritmos aprimorados para cancelamento de luz de fundo e medição de distância. A procura por componentes ambientalmente conformes (verdes), que este dispositivo aborda, continua a ser um forte impulsionador na indústria eletrónica.

13. Isenção de Responsabilidade e Notas Importantes

Com base no conteúdo da ficha técnica, as seguintes isenções de responsabilidade e notas são críticas para os utilizadores:

1. O fabricante reserva-se o direito de ajustar a mistura de materiais do produto.
2. O produto cumpre as suas especificações publicadas durante 12 meses a partir da data de expedição.
3. Gráficos e valores típicos são apenas para referência e não representam limites mínimos ou máximos garantidos.
4. O utilizador é responsável por operar o dispositivo dentro das suas Especificações Máximas Absolutas. O fabricante não assume qualquer responsabilidade por danos resultantes de uso indevido.
5. O conteúdo da ficha técnica está protegido por direitos de autor; a reprodução requer consentimento prévio.
6. Aviso Crítico:Este produtonão se destinaa ser utilizado em aplicações críticas para a segurança, incluindo equipamentos militares, de aviação, automóveis, médicos, de suporte à vida ou de salvamento de vidas. Para tais aplicações, deve ser obtida autorização explícita.