Техническая документация на отражающий оптический датчик ITR8307/L24/TR8 - Без свинца, соответствует RoHS, REACH

1. Обзор продукта

ITR8307/L24/TR8 — это компактный отражающий оптический выключатель для поверхностного монтажа, предназначенный для применения в системах обнаружения на коротких расстояниях. Он объединяет передатчик на основе инфракрасного (ИК) светодиода (LED) из арсенида галлия (GaAs) и высокочувствительный приемник на основе кремниевого NPN фототранзистора в едином пластиковом корпусе с боковым расположением элементов. Такая конфигурация позволяет ему обнаруживать наличие или отсутствие отражающей поверхности путем измерения интенсивности ИК-света, отраженного обратно на приемник.

Устройство характеризуется быстрым временем отклика, высокой чувствительностью к инфракрасному излучению и спектральной характеристикой, отсекающей видимый свет, что делает его невосприимчивым к помехам от окружающего освещения. Оно производится без содержания свинца (Pb-free), соответствует директивам ЕС RoHS и REACH, а также отвечает требованиям по отсутствию галогенов (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данного датчика включают его малую толщину, компактные размеры и быстрый оптический отклик, что критически важно для применений с ограниченным пространством и высокоскоростных систем. Его конструкция делает его подходящим для различной бытовой электроники и оборудования с микропроцессорным управлением, где требуется надежное бесконтактное обнаружение объектов.

Типичные области применения включают датчики положения в таких устройствах, как цифровые фотоаппараты (для обнаружения объектива или крышки), видеомагнитофоны (VCR), дисководы для гибких дисков, кассетные магнитофоны и другие системы автоматического управления.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Устройство не должно эксплуатироваться за пределами этих пределов во избежание необратимого повреждения. Ключевые параметры включают рассеиваемую мощность на входе (LED) 75 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C, максимальный прямой ток (IF) 50 мА и пиковый прямой ток (IFP) 1 А для импульсов ≤100 мкс при скважности 1%. Для выхода (фототранзистор) максимальная рассеиваемая мощность коллектора составляет 75 мВт, ток коллектора (IC) — 50 мА, а напряжение коллектор-эмиттер (BV_CEO) — 30 В. Диапазон рабочих температур составляет от -40°C до +85°C.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры указаны при температуре окружающей среды (T_a) 25°C и определяют производительность устройства в нормальных рабочих условиях.

2.2.1 Характеристики входного элемента (ИК-светодиод)

• Прямое напряжение (V_F):Обычно 1.2 В при прямом токе (I_F) 20 мА, максимум 1.6 В. Это критически важно для проектирования схемы управления светодиодом.
• Пиковая длина волны (λ_P):940 нм, что помещает его излучение строго в ближний инфракрасный спектр.

2.2.2 Характеристики выходного элемента (фототранзистор)

• Темновой ток (I_CEO):Ток утечки при отсутствии падающего света, максимум 100 нА при V_CE=10В. Более низкое значение указывает на лучшие характеристики в закрытом состоянии.
• Световой ток (I_C(ON)):Ток коллектора, когда светодиод активен и свет отражается на приемник. Он имеет широкий диапазон от 0.5 мА до 15.0 мА в условиях испытаний V_CE=2В и I_F=4мА. Этот параметр сильно зависит от отражательной способности и расстояния до целевого объекта.
• Время нарастания/спада (t_r, t_f):Обычно по 20 мксек каждое, определяет скорость переключения датчика.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании представлены несколько графиков, иллюстрирующих взаимосвязь ключевых параметров в различных условиях. Они необходимы для понимания реального поведения за пределами типичной точки 25°C.

3.1 Характеристики ИК-светодиода

Кривые показывают, как прямой ток изменяется в зависимости от температуры окружающей среды и прямого напряжения. Прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент, то есть уменьшается с ростом температуры. Кривая спектрального распределения подтверждает пик излучения на 940 нм, причем сама пиковая длина волны слегка смещается с температурой.

3.2 Характеристики фототранзистора

Важные кривые включают Темновой ток коллектора в зависимости от температуры окружающей среды (экспоненциально возрастает с температурой), Ток коллектора в зависимости от облученности (показывает отклик фототранзистора на интенсивность света) и Ток коллектора в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер. Кривая спектральной чувствительности показывает, что приемник наиболее чувствителен к инфракрасному свету в районе 800-900 нм, что хорошо согласуется с излучением светодиода на 940 нм.

3.3 Характеристики полного датчика (ITR)

Эти графики моделируют поведение датчика в практической отражающей конфигурации. КриваяОтносительный ток коллектора в зависимости от расстояниякритически важна для проектирования системы, показывая, как выходной сигнал затухает с увеличением зазора между датчиком и отражающей поверхностью (например, стеклом с алюминиевым покрытием). Другая кривая показывает изменение выходного сигнала при движении карты через поле зрения датчика, что полезно для обнаружения края или щели. График Время отклика в зависимости от сопротивления нагрузки помогает в выборе подходящего подтягивающего резистора для оптимизации скорости.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство поставляется в компактном корпусе для поверхностного монтажа. В техническом описании приведены подробные размерные чертежи с критическими размерами, такими как общая длина, ширина, высота, шаг выводов и размеры контактных площадок. Все допуски обычно составляют ±0.1 мм, если не указано иное. Инженеры должны обращаться к этим точным чертежам для проектирования посадочного места на печатной плате, чтобы обеспечить правильную пайку и механическое выравнивание.

4.2 Идентификация полярности

Корпус имеет маркировку или специфическую форму для обозначения вывода 1. Правильная ориентация во время сборки жизненно важна, так как обратное подключение может повредить устройство. Распиновка идентифицирует анод и катод ИК-светодиода, а также коллектор и эмиттер фототранзистора.

5. Рекомендации по пайке, сборке и хранению

5.1 Чувствительность к влаге и хранение

Устройство имеет уровень чувствительности к влаге (MSL) 4. Ключевые инструкции по обращению включают:

• Срок хранения в оригинальной герметичной влагозащитной упаковке: 12 месяцев при <40°C и <90% относительной влажности.
• После вскрытия упаковки устройства должны быть смонтированы в течение 72 часов, если они хранятся в заводских условиях (<30°C/60% относительной влажности), или храниться в сухой среде (<20% относительной влажности).
• Если индикаторная карта влажности (HIC) показывает более 20% относительной влажности, требуется прогрев перед пайкой оплавлением (например, 24 часа при 125°C).

5.2 Условия групповой пайки оплавлением

Предоставлен рекомендуемый температурный профиль для бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевые меры предосторожности включают:

• Ограничение количества циклов пайки оплавлением максимум двумя.
• Избегание механических нагрузок на корпус во время нагрева.
• Предотвращение коробления печатной платы после пайки.

5.3 Ремонт

Ремонт после пайки не рекомендуется. Если это неизбежно, следует использовать двухголовой паяльник для одновременного нагрева обеих сторон компонента, минимизируя термические напряжения. Потенциальное влияние на характеристики устройства должно быть оценено заранее.

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Спецификации упаковки

Стандартный поток упаковки: 1000 штук на катушке, 15 катушек в коробке и 2 коробки в картонной упаковке.

6.2 Размеры ленты и катушки

Предоставлены подробные чертежи для транспортной ленты (размеры гнезда, шаг) и катушки (диаметр, размер втулки) для использования в программировании автоматов установки компонентов.

6.3 Спецификация этикетки

Этикетки на упаковке включают поля для номера детали заказчика (CPN), номера продукта (P/N), количества (QTY) и номера партии (LOT No.), среди прочего, для обеспечения прослеживаемости.

7. Рекомендации по применению и соображения при проектировании

7.1 Типовые схемы включения

Базовая схема включения предполагает последовательное подключение токоограничивающего резистора к аноду ИК-светодиода. Фототранзистор обычно подключается коллектором к подтягивающему резистору (V_CC) и эмиттером к земле. Напряжение на узле коллектора служит цифровым или аналоговым выходным сигналом. Значение подтягивающего резистора (R_L) влияет как на размах выходного напряжения, так и на время отклика, как показано на кривых в техническом описании.

7.2 Соображения при проектировании

• Отражательная способность объекта:Выход датчика (I_C(ON)) прямо пропорционален отражательной способности целевой поверхности. Высокоотражающие материалы (например, белый пластик, металл) обеспечивают сильный сигнал, в то время как темные или поглощающие материалы могут не обеспечивать.
• Расстояние и выравнивание:Дальность обнаружения короткая (обычно несколько миллиметров). Точное механическое выравнивание между датчиком и путем движения цели критически важно для стабильной работы.
• Защищенность от окружающего света:Хотя спектральная чувствительность приемника отсекает видимый свет, сильные источники окружающего инфракрасного излучения (например, солнечный свет, лампы накаливания) могут вызывать помехи. В таких средах могут потребоваться оптическое экранирование или методы модуляции/демодуляции.
• Электрические помехи:В условиях сильных помех рекомендуется использовать развязывающие конденсаторы вблизи устройства и тщательно проектировать разводку печатной платы.

8. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с более простыми фототранзисторами или фотодиодами, ITR8307 объединяет как излучатель, так и приемник, упрощая оптическую конструкцию и выравнивание. В отличие от проходных датчиков (которые требуют, чтобы объект прерывал луч между отдельными компонентами), отражающие датчики позволяют использовать более простую механическую конструкцию с обнаружением с одной стороны объекта. Его ключевыми отличительными особенностями являются компактный корпус SMD, соответствие современным экологическим нормам (без свинца, без галогенов) и хорошо документированные характеристики в диапазоне температур.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ) на основе технических параметров

В: Какое типичное расстояние обнаружения?

О: Расстояние не является фиксированной спецификацией, а зависит от отражательной способности цели и требуемого выходного тока. График "Относительный ток коллектора в зависимости от расстояния" показывает, что сигнал значительно затухает за пределами 1-2 мм для стандартной отражающей поверхности. Проектируйте на минимальное надежное расстояние.

В: Могу ли я питать светодиод напрямую от источника напряжения?

О: Нет. Светодиод — это устройство с токовым управлением. Вы должны использовать последовательный токоограничивающий резистор для установки прямого тока (I_F) на желаемое значение (например, 20 мА) на основе вашего напряжения питания (V_CC) и прямого напряжения светодиода (V_F≈ 1.2В). R_limit= (V_CC- V_F) / I_F.

В: Почему такой широкий диапазон для светового тока (от 0.5 до 15.0 мА)?

О: Этот диапазон учитывает нормальные производственные вариации как выходной мощности светодиода, так и чувствительности фототранзистора. Он также подчеркивает сильную зависимость этого параметра от конкретной отражающей цели и расстояния в приложении. Схемы должны учитывать этот диапазон, часто используя компаратор с регулируемым порогом, а не полагаясь на абсолютное значение тока.

В: Как интерпретировать рейтинг MSL 4?

О: MSL 4 означает, что корпус может поглощать опасный уровень влаги из воздуха после 72 часов нахождения в стандартных заводских условиях. Чтобы избежать "вспучивания" или расслоения во время высокотемпературного процесса пайки оплавлением, вы должны строго следовать инструкциям по хранению, обращению и прогреву, изложенным в разделе 5.1.

10. Практический пример применения

Сценарий: Обнаружение бумаги в принтере.

Датчик может быть установлен рядом с путем подачи бумаги. Отражающая полоса размещается на ролике или неподвижной поверхности напротив датчика. Когда бумага отсутствует, ИК-свет отражается от полосы обратно на приемник, генерируя высокий выходной сигнал (логическая "1"). Когда лист бумаги проходит между датчиком и полосой, он блокирует или значительно уменьшает отраженный свет, вызывая падение выходного сигнала (логический "0"). Этот переход может быть обнаружен микроконтроллером для подтверждения наличия бумаги, обнаружения замятий или подсчета страниц. Быстрое время отклика (20 мкс) позволяет обнаруживать даже при высоких скоростях подачи бумаги.

11. Принцип работы

Устройство работает по принципу отражения модулированного света. Внутренний ИК-светодиод излучает пучок инфракрасного света с длиной волны 940 нм. Этот свет распространяется из корпуса наружу. Если отражающий объект находится в пределах короткого расстояния и в поле зрения как светодиода, так и фототранзистора, часть излученного света отразится обратно. NPN фототранзистор действует как управляемый светом источник тока. Когда отраженные инфракрасные фотоны попадают в его базовую область, они генерируют электрон-дырочные пары, эффективно создавая базовый ток. Этот базовый ток усиливается коэффициентом усиления транзистора, что приводит к гораздо большему току коллектора (I_C). Величина этого тока коллектора пропорциональна интенсивности отраженного света, которая, в свою очередь, зависит от расстояния до целевого объекта и его отражательной способности. Мониторинг I_C(или напряжения на нагрузочном резисторе) позволяет системе определить наличие или близость объекта.

12. Тенденции в технологии

Отражающие оптические датчики, такие как ITR8307, представляют собой зрелую и надежную технологию для обнаружения объектов на коротких расстояниях с низкой стоимостью. Текущие тенденции в этой области включают дальнейшую миниатюризацию корпусов для размещения во все более компактных потребительских устройствах, интеграцию схем формирования сигнала (усилителей, триггеров Шмитта, цифровых интерфейсов) в тот же корпус для упрощения проектирования системы и повышения помехозащищенности, а также разработку датчиков с еще более низким энергопотреблением для устройств Интернета вещей с батарейным питанием. Также наблюдается постоянное стремление к повышению чувствительности и лучшему подавлению окружающего света за счет улучшенного оптического проектирования и методов фильтрации.