Ficha Técnica do Fotointerruptor ITR20002 - Embalagem de Visão Lateral - Comprimento de Onda 940nm - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O ITR20002 é um módulo fotointerruptor infravermelho compacto de visão lateral. Ele integra um diodo emissor de infravermelhos e um fototransistor de silício NPN montados lado a lado em um eixo óptico convergente dentro de um invólucro termoplástico preto. Esta configuração é projetada para detecção de objetos, sensoriamento de posição e aplicações de comutação sem contato, interrompendo o caminho do feixe infravermelho entre o emissor e o detector.

1.1 Características e Vantagens Principais

• Tempo de Resposta Rápido:Permite detecção e comutação rápidas, adequado para aplicações de alta velocidade.
• Alta Sensibilidade:O fototransistor de silício fornece detecção de sinal confiável a partir do emissor IR.
• Comprimento de Onda de Corte Específico:Comprimento de onda de emissão de pico (λp) de 940nm, otimizado para sensoriamento infravermelho enquanto minimiza a interferência da luz visível.
• Conformidade Ambiental:O produto é livre de chumbo (Pb-free), em conformidade com as normas RoHS, REACH da UE e livre de halogênios (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Eixo Óptico Convergente:O design convergente e lado a lado simplifica o alinhamento para detecção de objetos na folga entre os componentes.

1.2 Aplicações Alvo

O módulo é projetado para uma variedade de tarefas de sensoriamento optoeletrônico, incluindo:

• Mecanismos de mouse e copiadora para detectar movimento ou presença de papel.
• Unidades de disquete para sensoriamento de inserção do disco ou posição da trilha.
• Comutação sem contato de uso geral.
• Montagem direta em placas de circuito impresso (PCBs).

2. Análise Detalhada dos Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma interpretação objetiva e detalhada dos principais parâmetros elétricos e ópticos especificados na ficha técnica.

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.

• Entrada (LED IR):
  • Dissipação de Potência (Pd):100 mW a 25°C. É necessário reduzir a potência (derating) em temperaturas ambientes mais altas.
  • Tensão Reversa (VR):5 V. Exceder este valor pode causar ruptura da junção do LED.
  • Corrente Direta (IF):60 mA contínua.
  • Corrente Direta de Pico (IFP):1 A para pulsos ≤100μs com ciclo de trabalho de 1%. Isto permite pulsos breves e de alta intensidade.
• Saída (Fototransistor):
  • Dissipação de Potência do Coletor (Pc):80 mW. Isto limita a combinação de corrente e tensão do coletor.
  • Corrente do Coletor (IC):20 mA de corrente contínua máxima.
  • Tensão Coletor-Emissor (BV_CEO):35 V. A tensão máxima que pode ser aplicada através do transistor quando a base está aberta.
  • Tensão Emissor-Coletor (BV_ECO):6 V. A tensão reversa máxima através do emissor e coletor.
• Especificações Térmicas:
  • 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 5 segundos a 1/16 de polegada (1,6mm) do corpo do invólucro.

2.2 Características Eletro-Ópticas (Ta=25°C)

Estes são os parâmetros operacionais típicos sob condições de teste especificadas.

• Características de Entrada (LED IR):
  • Tensão Direta (V_F):Tipicamente 1,2V a 1,5V em I_F=20mA. Isto é importante para projetar o circuito de acionamento limitador de corrente.
  • Comprimento de Onda de Pico (λ_P):940nm. Este é o comprimento de onda no qual o LED IR emite a maior potência óptica.
• Características de Saída (Fototransistor):
  • Corrente de Escuro (I_CEO):Máximo de 100 nA em V_CE=20V sem iluminação (E_e=0). Esta é a corrente de fuga que define o piso de ruído do estado "desligado".
  • Tensão de Saturação Coletor-Emissor (V_CE(sat)):Máximo de 0,4V em I_C=0,04mA e I_F=40mA. Um V_CE(sat)baixo é desejável quando o transistor é usado como uma chave.
  • Corrente do Coletor (I_C(ON)):Varia de 0,04mA a 0,9mA em V_CE=5V e I_F=20mA. Este parâmetro, a característica de transferência, define a sensibilidade do acoplador. A ampla faixa indica que é um parâmetro crítico que pode ser classificado (binned).
  • Tempo de Subida/Descida (t_r/t_f):Tipicamente 20μs e 25μs, respectivamente, sob condições de teste específicas (V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω). Estes valores determinam a frequência máxima de comutação do dispositivo.

3. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica referencia curvas características típicas tanto para o emissor IR quanto para o fototransistor. Embora os gráficos exatos não sejam reproduzidos aqui, sua importância é explicada.

3.1 Curvas do Emissor de Infravermelhos

Estas curvas tipicamente ilustram a relação entre a corrente direta (I_F) e a tensão direta (V_F) em diferentes temperaturas, mostrando o coeficiente de temperatura negativo de V_F. Elas também podem mostrar a intensidade radiante relativa versus corrente direta e o padrão de radiação angular, que é crucial para entender a dispersão do feixe na embalagem de visão lateral.

3.2 Curvas do Fototransistor

Estas curvas são essenciais para o projeto de circuitos. Elas tipicamente incluem:

• Corrente do Coletor vs. Tensão Coletor-Emissor (I_C-V_CE):Família de curvas para diferentes níveis de irradiância (ou diferentes correntes do LED IR). Isto mostra as características de saída do transistor e ajuda a determinar a linha de carga.
• Corrente do Coletor vs. Irradiância (ou I_F):Esta curva de transferência quantifica a sensibilidade, mostrando quanta corrente de saída é gerada para um determinado nível de luz de entrada.
• Corrente de Escuro vs. Temperatura:Mostra como a corrente de fuga aumenta com a temperatura, o que pode afetar a relação sinal-ruído em ambientes de alta temperatura.

4. Informações Mecânicas e de Embalagem

4.1 Dimensões da Embalagem

O ITR20002 vem em uma embalagem padrão de visão lateral, para montagem em furo passante (through-hole). O desenho dimensional na ficha técnica fornece medidas críticas para o layout da PCB e integração mecânica. Características principais incluem o espaçamento dos terminais, dimensões do corpo da embalagem e a localização da abertura óptica. A nota especifica que as tolerâncias são de ±0,25mm, salvo indicação em contrário no desenho dimensionado.

4.2 Identificação da Polaridade

Para embalagens de furo passante, a polaridade é tipicamente indicada pela forma física da embalagem (um chanfro ou rebaixo) ou pelo comprimento dos terminais. O desenho da ficha técnica deve marcar claramente o ânodo e o cátodo do LED IR e o coletor e o emissor do fototransistor. A polaridade correta é essencial para a operação do dispositivo e para evitar danos.

5. Diretrizes de Aplicação e Projeto

5.1 Circuito de Aplicação Típico

Uma aplicação básica envolve acionar o LED IR com um resistor limitador de corrente conectado a uma fonte de tensão. O fototransistor é tipicamente conectado em uma configuração de emissor comum: o coletor é conectado a uma tensão de alimentação através de um resistor de carga (R_L), e o emissor é aterrado. O sinal de saída é obtido do coletor. O valor de R_Lafeta a excursão da tensão de saída, a velocidade e o consumo de corrente. Um R_Lmenor fornece comutação mais rápida, mas uma excursão de tensão menor; um R_Lmaior dá uma excursão maior, mas resposta mais lenta.

5.2 Considerações de Projeto

• Alinhamento:O design de eixo convergente e lado a lado significa que a área de detecção sensível está na folga entre o emissor e o detector. O alinhamento mecânico preciso do caminho do objeto é necessário para uma operação confiável.
• Imunidade à Luz Ambiente:Embora o filtro de 940nm no invólucro ajude, fontes fortes de IR ambiente (luz solar, lâmpadas incandescentes) podem saturar o fototransistor. Usar um sinal IR modulado e detecção síncrona pode melhorar muito a imunidade.
• Acionamento de Corrente:Opere o LED IR no ou abaixo do I_Frecomendado (ex., 20mA) para confiabilidade de longo prazo. Pulsar o LED em uma corrente mais alta (dentro dos limites de I_FP) pode aumentar o alcance de sensoriamento ou a força do sinal.
• Interface de Saída:A saída do fototransistor pode ser conectada diretamente a uma entrada digital de um microcontrolador (com pull-up apropriado) ou a um comparador para detecção de limiar precisa em aplicações analógicas.

6. Informações de Embalagem e Pedido

6.1 Especificação da Etiqueta

A etiqueta do produto contém vários códigos:

• CPN:Número de Peça do Cliente.
• P/N:Número do Produto do Fabricante (ITR20002).
• QTY:Quantidade na embalagem.
• CAT / HUE / REF:Estes provavelmente se referem a códigos internos de classificação (binning) para parâmetros como intensidade luminosa (CAT), comprimento de onda dominante (HUE) e tensão direta (REF).
• LOT No:Número de lote para rastreabilidade.

6.2 Especificação da Embalagem

A embalagem padrão é de 150 peças por saco, 5 sacos por caixa e 10 caixas por cartucho. Esta informação é vital para o planejamento de estoque e alimentação da linha de produção.

7. Comparação e Posicionamento Técnico

O ITR20002 representa uma solução clássica e econômica para detecção de objetos. Seus principais diferenciais são seu fator de forma mecânico específico de visão lateral e eixo óptico convergente, projetados para detectar objetos que passam por um slot ou folga específica. Comparado a sensores reflexivos, oferece maior confiabilidade e consistência, pois depende menos da refletividade do objeto alvo. Comparado a sensores transmissivos com emissores e detectores opostos, permite um design mecânico mais compacto, onde o objeto interrompe o feixe dentro de um único módulo. O comprimento de onda de 940nm é um padrão comum, oferecendo um bom equilíbrio entre disponibilidade de componentes, custo e rejeição de luz ambiente.

8. Perguntas Frequentes (FAQ)

8.1 Qual é a distância ou folga típica de detecção?

A ficha técnica especifica a condição de teste I_C(ON)como "com refletor a 5mm de distância". Isto sugere que o dispositivo é otimizado para detecção de alcance muito curto, provavelmente na faixa de alguns milímetros. A folga utilizável real depende da corrente de acionamento do LED IR, da sensibilidade do circuito receptor e da margem de sinal necessária.

8.2 Como proteger o dispositivo de transientes elétricos?

Para o LED IR, um simples resistor em série geralmente é suficiente. Para o fototransistor operando em ambientes ruidosos, considere adicionar um pequeno capacitor (ex., 1-10nF) entre o coletor e o emissor para filtrar ruídos de alta frequência, lembrando que isso diminuirá o tempo de resposta. Para ambientes industriais severos, diodos de clamp ou diodos TVS adicionais externos podem ser necessários nas linhas de entrada/saída.

8.3 Posso usar este sensor para medição de velocidade em um disco ranhurado rotativo?

Sim, esta é uma aplicação comum. A frequência máxima de comutação será limitada pelos tempos de subida/descida (tipicamente ~20-25μs), o que teoricamente permite frequências de até aproximadamente 20 kHz. Na prática, a frequência será menor devido a restrições do circuito e do ciclo de trabalho. Certifique-se de que as ranhuras e folgas no disco sejam largas o suficiente para permitir que o fototransistor ligue e desligue completamente.

9. Princípio de Funcionamento

O ITR20002 opera no princípio da interrupção da luz transmitida. O diodo emissor de infravermelhos (IRED) interno é polarizado diretamente, fazendo-o emitir luz em um comprimento de onda de pico de 940nm. O fototransistor de silício NPN, posicionado em um eixo convergente, normalmente recebe esta radiação quando nada obstrui o caminho. Fótons com energia suficiente atingem a região da base do fototransistor, gerando pares elétron-lacuna. Esta fotocorrente atua como uma corrente de base, que é então amplificada pelo ganho de corrente (beta) do transistor, resultando em uma corrente de coletor muito maior. Quando um objeto opaco é colocado na folga entre o emissor e o detector, o caminho da luz é interrompido. A fotocorrente cessa e o transistor desliga, fazendo a corrente do coletor cair para um valor muito baixo (a corrente de escuro). Esta mudança liga/desliga na corrente do coletor fornece um sinal digital indicando a presença ou ausência de um objeto.

10. Isenção de Responsabilidade e Notas de Confiabilidade

As informações fornecidas neste documento técnico são baseadas na ficha técnica original. As principais isenções de responsabilidade e notas do fabricante incluem:

• Especificações e materiais estão sujeitos a alterações.
• O produto atende às especificações publicadas por 12 meses a partir da data de remessa.
• Gráficos e valores típicos são apenas para referência e não são garantidos.
• A operação fora das Especificações Máximas Absolutas pode causar dano permanente.
• O produto não se destina a aplicações críticas de segurança, militares, de aviação, automotivas, médicas ou de suporte à vida sem autorização explícita.

É responsabilidade do projetista validar a adequação e o desempenho do dispositivo em sua aplicação específica.