Техническая документация на оптопрерыватель ITR20001/T - Корпус 4.0x4.0x2.5мм - Прямое напряжение 1.2В - Пиковая длина волны 940нм

1. Обзор продукта

ITR20001/T — это модуль отражательного оптопрерывателя, предназначенный для бесконтактных датчиков. Он объединяет инфракрасный светодиод и NPN кремниевый фототранзистор в одном компактном черном термопластичном корпусе. Компоненты расположены рядом на сходящихся оптических осях. В исходном состоянии фототранзистор не получает излучение от светодиода. Когда отражающий объект попадает в зону чувствительности, инфракрасный свет от излучателя отражается от объекта и улавливается фототранзистором, вызывая изменение его выходного состояния. Этот принцип обеспечивает надежное обнаружение объектов и определение положения.

2. Ключевые особенности и соответствие стандартам

Устройство предлагает несколько преимуществ для электронного проектирования:

• Быстрое время отклика:Обеспечивает быстрое обнаружение, подходящее для высокоскоростных приложений.
• Высокая чувствительность:Фототранзистор обеспечивает сильный выходной сигнал относительно входной облученности.
• Инфракрасный режим работы:Пиковая длина волны излучения (λp) составляет 940 нм, что невидимо для человеческого глаза, снижая влияние окружающего света.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт не содержит свинца, соответствует директивам RoHS и REACH ЕС, а также не содержит галогенов (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

3. Конструкция и выбор устройства

Модуль изготовлен из специальных материалов для оптимальной производительности:

• Инфракрасный излучатель (IR):Использует кристалл GaAlAs (арсенид галлия-алюминия), размещенный за прозрачной линзой для эффективной передачи инфракрасного излучения.
• Фототранзистор (PT):Использует кремниевый кристалл, размещенный за черной линзой для фильтрации видимого света и улучшения соотношения сигнал/шум.

Черный корпус минимизирует внутренние световые отражения (перекрестные помехи) между излучателем и детектором при отсутствии объекта, обеспечивая надежное выключенное состояние.

4. Абсолютные максимальные параметры

Работа устройства за пределами этих значений может привести к необратимому повреждению. Все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

4.1 Параметры входного каскада (Инфракрасный излучатель)

• Рассеиваемая мощность (Pd):75 мВт
• Обратное напряжение (VR):5 В
• Постоянный прямой ток (IF):50 мА
• Пиковый прямой ток (IFP):1 А (Длительность импульса ≤100мкс, Скважность=1%)

4.2 Параметры выходного каскада (Фототранзистор)

• Рассеиваемая мощность коллектора (Pd):75 мВт
• Ток коллектора (IC):20 мА
• Напряжение коллектор-эмиттер (BV_CEO):30 В
• Напряжение эмиттер-коллектор (BV_ECO):5 В

4.3 Общие параметры

• Рабочая температура (T_opr):-40°C до +85°C
• Температура хранения (T_stg):-40°C до +85°C
• Температура пайки выводов (T_sol):260°C в течение 5 секунд (измерено на расстоянии 1/16 дюйма от корпуса).

5. Электрооптические характеристики

Эти параметры определяют электрические и оптические характеристики в стандартных условиях испытаний (Ta=25°C).

5.1 Характеристики инфракрасного излучателя (Вход)

• Прямое напряжение (V_F):1.2 В (Тип.) при I_F= 20мА. Максимум 1.5В.
• Обратный ток (I_R):Максимум 10 мкА при V_R= 5В.
• Пиковая длина волны (λ_P):940 нм (Тип.) при I_F= 20мА.

5.2 Характеристики фототранзистора (Выход)

• Темновой ток (I_CEO):Максимум 100 нА при V_CE= 5В и нулевой облученности (E_e=0). Это ток утечки, когда датчик выключен.
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(sat)):Максимум 0.4 В при I_C= 2мА и облученности 1 мВт/см². Низкое V_CE(sat)желательно для переключающих применений.
• Ток коллектора (Коэффициент передачи):
  • I_C(ON): Минимум 200 мкА при V_CE= 5В и I_F= 20мА. Это ток при обнаружении объекта.
  • I_C(OFF): Максимум 2 мкА при тех же условиях, представляет собой остаточный ток при отсутствии объекта.
• Скорость переключения:
  • Время нарастания (t_r): 25 мкс (Тип.)
  • Время спада (t_f): 25 мкс (Тип.) Измерено при V_CE=5В, I_C=100мкА и R_L=100Ом.

6. Анализ характеристических кривых

В технической документации представлены графические данные, иллюстрирующие поведение устройства в различных условиях.

6.1 Кривые инфракрасного излучателя

• Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды:Показывает снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры.
• Спектральная чувствительность:Подтверждает узкую полосу излучения с центром около 940нм.
• Пиковая длина волны излучения в зависимости от температуры:Иллюстрирует небольшой сдвиг пиковой длины волны при изменении температуры.
• Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика):Предоставляет зависимость для расчета значений последовательного резистора.
• Сила излучения в зависимости от прямого тока:Показывает оптическую выходную мощность как функцию тока накачки.
• Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения:Изображает диаграмму направленности (профиль луча) ИК-светодиода.

6.2 Кривые фототранзистора

• Рассеиваемая мощность коллектора в зависимости от температуры окружающей среды:Предоставляет рекомендации по снижению мощности для фототранзистора.
• Спектральная чувствительность:Показывает чувствительность фототранзистора в зависимости от длины волны, достигая пика в инфракрасной области для соответствия излучателю.
• Относительный ток коллектора в зависимости от температуры окружающей среды:Указывает, как чувствительность фототранзистора изменяется с температурой.
• Ток коллектора в зависимости от облученности:Ключевой график, показывающий линейную зависимость между мощностью падающего света и выходным током, определяющий передаточную характеристику устройства.
• Темновой ток коллектора в зависимости от температуры окружающей среды:Показывает, как ток утечки увеличивается с температурой, что важно для работы при высоких температурах.
• Ток коллектора в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер:Выходные характеристические кривые, показывающие работу фототранзистора в активной области и области насыщения при различных уровнях облученности.

7. Механические данные и информация о корпусе

ITR20001/T размещен в компактном корпусе, совместимом с поверхностным монтажом.

7.1 Габаритные размеры корпуса

Ключевые размеры согласно предоставленному чертежу составляют приблизительно 4.0мм в длину, 4.0мм в ширину и 2.5мм в высоту (без учета выводов). Шаг выводов рассчитан на стандартный монтаж на печатную плату. Важное примечание указывает минимальную площадь испарения алюминия 10.0мм, вероятно, относящуюся к рекомендуемой запретной зоне или функции теплоотвода на печатной плате. Все неуказанные допуски составляют ±0.25мм.

7.2 Идентификация полярности

Корпус имеет маркировку или специфическую форму для идентификации анода и катода ИК-излучателя, а также коллектора и эмиттера фототранзистора. Конструкторы должны обращаться к габаритному чертежу для получения точной информации о распиновке, чтобы обеспечить правильную разводку печатной платы и сборку.

8. Рекомендации по пайке и монтажу

Устройство рассчитано на пайку выводов при температуре 260°C в течение 5 секунд, измеренной на расстоянии 1/16 дюйма (приблизительно 1.6мм) от корпуса. Это совместимо со стандартными процессами пайки оплавлением в инфракрасной (ИК) печи или конвекционной печи с использованием бессвинцового (Sn-Ag-Cu) припоя. Следует соблюдать рекомендуемый температурный профиль оплавления, чтобы избежать теплового удара или повреждения пластикового корпуса. Перед использованием устройство должно храниться в сухой контролируемой среде.

9. Упаковка и информация для заказа

Стандартная спецификация упаковки следующая:

• 200 штук в пакете.
• 6 пакетов в коробке.
• 10 коробок в картонной коробке.

Этикетка продукта включает поля для номера детали заказчика (CPN), номера детали производителя (P/N), количества (QTY) и различные коды ранжирования для силы света (CAT), доминирующей длины волны (HUE) и прямого напряжения (REF). Также предоставляются номер партии и код даты (обозначаемый 'X' для месяца) для прослеживаемости.

10. Рекомендации по применению

10.1 Типовые сценарии применения

ITR20001/T хорошо подходит для различных применений в бесконтактных датчиках и переключателях, включая:

• Механизмы мышей и копировальных аппаратов:Обнаружение вращения колеса или диска энкодера.
• Системы переключателей и сканеров:Обнаружение наличия объекта для автоматических дверей, торговых автоматов или обнаружения бумаги в принтерах.
• Накопители на гибких дисках:Исторически использовались для обнаружения переключателя защиты от записи или вставки диска.
• Общее бесконтактное переключение:Любое применение, требующее обнаружения, подсчета объектов или определения пределов без физического контакта.
• Прямой монтаж на плату:Его компактный корпус для поверхностного монтажа делает его идеальным для конструкций печатных плат с ограниченным пространством.

10.2 Особенности проектирования

• Токоограничивающий резистор:С ИК-излучателем необходимо использовать последовательный резистор для ограничения прямого тока (I_F) до безопасного значения, обычно 20мА для нормальной работы. Рассчитывается по формуле R = (V_CC- V_F) / I_F.
• Нагрузочный резистор:Резистор подтяжки обычно подключается между коллектором фототранзистора и напряжением питания (V_CC). Значение этого резистора (R_L) определяет размах выходного напряжения и скорость переключения. Меньшее значение R_Lобеспечивает более быстрое переключение, но меньший размах выходного напряжения.
• Окружающий свет:Хотя черная линза и фильтрация на 940нм снижают помехи, очень сильные источники инфракрасного излучения (например, солнечный свет, лампы накаливания) могут повлиять на работу. В суровых условиях может потребоваться экранирование или оптическая фильтрация.
• Отражающая поверхность:Дальность и надежность обнаружения зависят от отражательной способности целевого объекта. Белые или металлические поверхности обеспечивают наилучший отклик; для темных или матовых поверхностей может потребоваться уменьшение расстояния.
• Выравнивание:Сходящиеся оптические оси определяют конкретную зону чувствительности. Объект должен проходить в пределах этой зоны для надежного обнаружения.

11. Техническое сравнение и преимущества

По сравнению с механическими переключателями или другими оптическими датчиками, ITR20001/T предлагает явные преимущества:

• По сравнению с механическими переключателями:Обеспечивает бесконтактную работу, устраняя износ, позволяя достигать более высоких скоростей переключения и обеспечивая бесшумную работу. Не подвержен дребезгу контактов.
• По сравнению с датчиками на основе фотодиодов:Интегрированный фототранзистор обеспечивает усиление по току, что приводит к более высокому выходному току при заданном световом входе, часто устраняя необходимость в дополнительном каскаде усиления в простых схемах обнаружения вкл/выкл.
• По сравнению с дискретными парами излучатель-детектор:Предварительно выровненный модуль в корпусе упрощает проектирование и сборку, обеспечивает постоянное оптическое выравнивание и экономит место на плате. Интегрированный черный корпус минимизирует внутренние перекрестные помехи.

12. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какое типичное расстояние обнаружения?

О: Расстояние обнаружения не является фиксированным параметром; оно зависит от тока накачки ИК-излучателя, отражательной способности целевого объекта и требуемого выходного тока фототранзистора. Конструкторам следует использовать график "Ток коллектора в зависимости от облученности" и график "Сила излучения в зависимости от прямого тока" для расчета ожидаемого сигнала для конкретного зазора и отражательной способности.

В: Могу ли я питать ИК-излучатель напрямую от источника напряжения?

О: Нет. ИК-излучатель — это диод, и его ток должен ограничиваться внешним последовательным резистором, чтобы предотвратить повреждение от перегрузки по току, как указано в Абсолютных максимальных параметрах (I_Fмакс = 50мА).

В: Как подключить выход к микроконтроллеру?

О: Самый простой способ — использовать фототранзистор в качестве переключателя. Подключите резистор подтяжки (например, 10кОм) от коллектора к логическому напряжению микроконтроллера (например, 3.3В или 5В). Подключите эмиттер к земле. Узел коллектора будет иметь высокий уровень (логическая 1), когда объект не обнаружен (темно), и будет опущен до низкого уровня (логический 0), когда объект отражает свет на фототранзистор, включая его.

В: Почему время отклика указано с нагрузочным резистором 100 Ом?

О: Скорость переключения зависит от постоянной времени RC, образованной емкостью перехода фототранзистора и сопротивлением нагрузки (R_L). Меньшее значение R_L(например, 100 Ом) дает меньшую постоянную времени, позволяя измерить собственную скорость устройства. В реальном применении с большим R_Lдля большего размаха напряжения скорость переключения будет ниже.

13. Принцип работы

ITR20001/T работает по принципу модулированного отражения света. Внутренний инфракрасный светодиод излучает свет на длине волны 940 нм. Фототранзистор, чувствительный к этой длине волны, расположен так, что в нормальных условиях (при отсутствии объекта) он не "видит" непосредственно луч света от светодиода. Его выход остается в состоянии высокого импеданса/низкого тока (темновой ток). Когда отражающий объект попадает в заданный зазор между излучателем и детектором, он отражает часть инфракрасного света на активную область фототранзистора. Этот падающий свет генерирует ток базы в фототранзисторе, заставляя его включиться и проводить значительно больший ток коллектора (I_C(ON)). Это изменение тока/напряжения на выходных выводах обнаруживается внешней схемой, сигнализируя о наличии объекта.

14. Отказ от ответственности и примечания по использованию

Необходимо соблюдать важные положения об отказе от ответственности из технической документации:

• Производитель оставляет за собой право изменять материалы продукта.
• Продукт соответствует опубликованным спецификациям в течение 12 месяцев с даты отгрузки.
• Графики и типичные значения приведены только для справки и не гарантируются.
• Абсолютные максимальные параметры не должны превышаться. Производитель не несет ответственности за повреждения, возникшие в результате неправильного использования.
• Продукт не предназначен для использования в критически важных для безопасности, военных, авиационных, автомобильных, медицинских или жизнеобеспечивающих приложениях без предварительной консультации и одобрения.