Техническая документация на оптопрерыватель ITR8102 - Габариты корпуса 4.8x4.8x3.2мм - Прямое напряжение 1.25В - Пиковая длина волны 940нм

1. Обзор продукта

ITR8102 — это компактный модуль оптопрерывателя, предназначенный для бесконтактных датчиков. Он объединяет инфракрасный светодиод (ИК-диод) и кремниевый фототранзистор, выровненные на сходящихся оптических осях внутри черного термопластичного корпуса. Такая конфигурация позволяет фототранзистору принимать излучение от ИК-диода в нормальных условиях. Когда непрозрачный объект прерывает световой путь между излучателем и детектором, фототранзистор перестает проводить ток, что позволяет обнаруживать объект или определять положение.

Ключевые особенности включают быстрое время отклика, высокую чувствительность и соответствие экологическим стандартам, таким как RoHS и EU REACH. Устройство изготовлено из бессвинцовых материалов.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Рассеиваемая мощность на входе (Pd):75 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже.
• Обратное напряжение на входе (VR):Максимум 5 В.
• Прямой ток на входе (IF):Максимум 50 мА.
• Рассеиваемая мощность коллектора на выходе (Pc):75 мВт.
• Коллекторный ток на выходе (IC):Максимум 20 мА.
• Напряжение коллектор-эмиттер (BVCEO):Максимум 30 В.
• Рабочая температура (Topr):от -25°C до +85°C.
• Температура хранения (Tstg):от -40°C до +85°C.
• Температура пайки выводов (Tsol):260°C в течение менее 5 секунд, измеряется на расстоянии 3 мм от корпуса.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при Ta=25°C и определяют типичные рабочие характеристики.

• Прямое напряжение (VF):Обычно 1.25В, максимум 1.60В при IF=20мА.
• Обратный ток (IR):Максимум 10 мкА при VR=5В.
• Пиковая длина волны (λP):940 нм при IF=20мА.
• Ток темнового режима (ICEO):Максимум 100 нА при VCE=20В и нулевой облученности (Ee=0 мВт/см²).
• Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (VCE(sat)):Максимум 0.4В при IC=0.9мА и IF=20мА.
• Коллекторный ток (IC(ON)):Минимум 0.9мА, типичные значения выше, до максимума 15мА при VCE=5В и IF=20мА.
• Время нарастания/спада (tr, tf):Обычно по 15 мкс каждый при указанных условиях испытаний (VCE=5В, IC=1мА, RL=1кОм).

3. Анализ характеристических кривых

3.1 Характеристики ИК-излучателя

В техническом описании приведены типичные кривые для компонента инфракрасного излучателя.Кривая "Прямой ток в зависимости от прямого напряжения"показывает нелинейную зависимость, что важно для проектирования схемы драйвера с ограничением тока.Кривая "Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды"иллюстрирует необходимое снижение максимально допустимого прямого тока с ростом температуры окружающей среды для предотвращения перегрева.Кривая "Спектральное распределение"подтверждает пик излучения на 940 нм, что оптимально для соответствия чувствительности фототранзистора и минимизации помех от окружающего видимого света.

3.2 Характеристики фототранзистора

Ключевой кривой для фототранзистора являетсяграфик "Спектральная чувствительность".Он показывает отклик детектора на разных длинах волн с пиком в ближней инфракрасной области около 940 нм. Это точное спектральное соответствие с излучением ИК-диода обеспечивает высокую чувствительность и отношение сигнал/шум в системе датчика.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

ITR8102 размещен в стандартном 4-выводном корпусе с боковым обзором. Критические размеры включают общий размер корпуса примерно 4.8 мм в длину, 4.8 мм в высоту и 3.2 мм в ширину (без учета выводов). Расстояние между выводами составляет 2.54 мм (0.1 дюйма). Все размеры указаны в миллиметрах с общей погрешностью ±0.3 мм, если не указано иное. Выводы выходят из нижней части черного пластикового корпуса, который служит оптическим барьером для предотвращения перекрестных помех между излучателем и детектором.

4.2 Определение полярности

Компонент использует стандартную конфигурацию распиновки. При взгляде на устройство спереди (сторона с отверстиями линз) выводы обычно расположены слева направо следующим образом: анод ИК-диода, катод ИК-диода, эмиттер фототранзистора, коллектор фототранзистора. Крайне важно обратиться к схеме корпуса для точного определения, чтобы обеспечить правильное подключение цепи.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

5.1 Формовка выводов

Выводы должны быть сформированы перед пайкой. Изгиб должен производиться на расстоянии более 3 мм от нижней части эпоксидного корпуса, чтобы избежать трещин из-за напряжения или ухудшения характеристик. Несущая рама выводов должна быть надежно зафиксирована во время изгиба, чтобы предотвратить напряжение на эпоксидной колбе. Обрезка выводов должна производиться при комнатной температуре.

5.2 Процесс пайки

Рекомендуемые условия пайки критичны для надежности.

• Ручная пайка:Максимальная температура жала паяльника 300°C (для паяльника 30 Вт), время пайки максимум 3 секунды на вывод.
• Волновая/погружная пайка:Максимальная температура предварительного нагрева 100°C до 60 секунд. Максимальная температура ванны припоя 260°C, максимальное время погружения 5 секунд.
• Критическое расстояние:Пайка должна находиться на расстоянии не менее 3 мм от эпоксидной колбы, чтобы предотвратить тепловое повреждение.
• Ограничение процесса:Погружную или ручную пайку не следует выполнять более одного раза.

Предоставлен рекомендуемый температурный профиль пайки, подчеркивающий контролируемый нагрев, плато пиковой температуры и контролируемую фазу охлаждения для минимизации теплового удара.

5.3 Очистка и хранение

Ультразвуковая очистка запрещена, так как может повредить внутренние компоненты или эпоксидное уплотнение. Для хранения устройства должны храниться при 10-30°C и влажности ≤70% до 3 месяцев после отгрузки. Для более длительного хранения (до одного года) рекомендуется азотная атмосфера при 10-25°C и влажности 20-60%. После вскрытия влагозащитного пакета устройства должны быть использованы в течение 24 часов или немедленно запечатаны.

6. Упаковка и информация для заказа

Стандартная спецификация упаковки: 100 штук в трубке, 20 трубок в коробке и 4 коробки в картонной коробке, всего 8000 штук в картонной коробке. Этикетка на упаковке включает поля для номера детали заказчика (CPN), номера детали производителя (P/N), количества упаковки (QTY) и номера партии (LOT No.) для прослеживаемости.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типовые сценарии применения

ITR8102 подходит для различных применений в бесконтактных датчиках и переключателях, включая, но не ограничиваясь:

• Определение положения в принтерах/сканерах/копировальных аппаратах:Обнаружение наличия бумаги, положения лотка или исходного положения каретки.
• Вращательное кодирование:Используется вместе со шлицевым колесом для измерения скорости или положения в двигателях, вентиляторах или дисководах гибких дисков.
• Обнаружение объектов:Обнаружение наличия или отсутствия объекта в торговых автоматах, промышленной автоматизации или системах безопасности.
• Бесконтактное переключение:Реализация бесконтактных переключателей в потребительской электронике или бытовой технике.

7.2 Соображения при проектировании

• Токоограничивающий резистор:Внешний резистор должен быть подключен последовательно с анодом ИК-диода, чтобы ограничить прямой ток (IF) до желаемого значения (например, 20 мА для типичной работы), рассчитанного на основе напряжения питания и прямого напряжения ИК-диода (VF).
• Смещение фототранзистора:Нагрузочный резистор (RL) подключен между коллектором фототранзистора и положительным источником питания. Значение RL определяет размах выходного напряжения и скорость переключения. Типичное значение — 1 кОм.
• Защита от окружающего света:Черный корпус и согласованная пара длин волн 940 нм обеспечивают хорошее подавление окружающего видимого света. Для сред с высоким уровнем окружающего ИК-излучения могут потребоваться методы модуляции/демодуляции.
• Проектирование апертуры и зазора:Расстояние срабатывания и разрешение зависят от размера и выравнивания объекта, прерывающего луч. Сходящаяся оптическая ось определяет конкретный зазор срабатывания.
• Управление теплом:Прямой ток должен быть снижен при более высоких температурах окружающей среды в соответствии с кривой снижения, чтобы гарантировать, что рассеиваемая мощность на входе (Pd) не превышает безопасные пределы.

8. Техническое сравнение и отличия

ITR8102 предлагает сбалансированный набор характеристик для универсального оптопрерывателя. Его ключевые отличия включают относительно быстрое время отклика 15 мкс, подходящее для датчиков средней скорости, высокий минимальный коллекторный ток (0.9 мА), обеспечивающий сильный выходной сигнал, и компактный, отраслевой стандартный корпус. По сравнению с отражательными датчиками, модули прерывателей, такие как ITR8102, обеспечивают более высокую надежность и стабильность, поскольку они не подвержены изменениям отражательной способности целевого объекта. Конфигурация бок о бок с физическим зазором идеально подходит для обнаружения объектов, проходящих через определенную плоскость.

9. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

9.1 Каково типичное расстояние или зазор срабатывания?

Зазор срабатывания определяется механическим разделением между линзами излучателя и детектора внутри корпуса. Для ITR8102 это фиксированный внутренний зазор. Устройство обнаруживает любой непрозрачный объект, вставленный в этот зазор и прерывающий инфракрасный луч. Эффективное "расстояние срабатывания" по существу равно нулю, так как объект должен физически войти в щель.

9.2 Можно ли питать ИК-диод напрямую от источника напряжения?

Нет. ИК-диод — это диод с динамическим сопротивлением и прямым падением напряжения. Подключение его напрямую к источнику напряжения, превышающему его VF, вызовет чрезмерный ток, что может разрушить устройство. Последовательный токоограничивающий резистор обязателен.

9.3 Как подключить выход фототранзистора к микроконтроллеру?

Фототранзистор действует как светозависимый переключатель. При подключении нагрузочного резистора (RL) к VCC выход коллектора будет опущен в низкий уровень (близко к VCE(sat)), когда луч не заблокирован (состояние ВКЛ). Когда луч заблокирован, транзистор выключается, и выход коллектора переходит в высокий уровень (до VCC). Этот цифровой сигнал может быть непосредственно считан цифровым входным контактом микроконтроллера. Для аналогового измерения интенсивности света напряжение на RL можно измерить с помощью АЦП, хотя линейность может быть ограничена.

9.4 Почему расстояние пайки (3 мм) так критично?

Эпоксидный корпус, инкапсулирующий полупроводниковые чипы, чувствителен к экстремальному тепловому напряжению. Пайка слишком близко к корпусу может передать избыточное тепло, что может привести к растрескиванию эпоксидной смолы, повреждению внутренних проводных соединений или изменению оптических свойств линзы, приводя к немедленному отказу или снижению долгосрочной надежности.

10. Практический пример проектирования

Пример: Датчик отсутствия бумаги в настольном принтере

В этом применении ITR8102 установлен на основной плате принтера, расположен так, чтобы его зазор срабатывания совпадал с путем, по которому проходит стопка бумаги. Механический рычаг или флажок, прикрепленный к лотку для бумаги, перемещается в зазор датчика, когда бумага заканчивается.

Реализация схемы:ИК-диод питается постоянным током 20 мА от источника логического питания принтера 5 В через последовательный резистор 180 Ом ((5В - 1.25В)/20мА ≈ 187Ом, стандартное значение 180Ом). Коллектор фототранзистора подключен к источнику питания 5 В через подтягивающий резистор 4.7 кОм, а также к выводу GPIO микроконтроллера принтера.

Работа:Когда бумага присутствует, флажок находится вне зазора, луч не прерывается, фототранзистор включен, опуская выход коллектора в НИЗКИЙ уровень. Микроконтроллер считывает логический '0', указывая на наличие бумаги. Когда бумага заканчивается, флажок входит в зазор, блокируя луч. Фототранзистор выключается, позволяя подтягивающему резистору поднять выход коллектора в ВЫСОКИЙ уровень. Микроконтроллер считывает логическую '1', запуская предупреждение "Нет бумаги" в пользовательском интерфейсе. Быстрое время отклика ITR8102 обеспечивает немедленное обнаружение.

11. Принцип работы

ITR8102 работает по принципу модулированной передачи и обнаружения света. Внутренний инфракрасный светодиод (ИК-диод) излучает фотоны с пиковой длиной волны 940 нм при прямом смещении соответствующим током. Эти фотоны проходят через небольшой, точно выровненный воздушный зазор внутри корпуса. Кремниевый фототранзистор, расположенный напротив ИК-диода, чувствителен к этой конкретной длине волны. Когда фотоны попадают в базовую область фототранзистора, они генерируют электрон-дырочные пары, эффективно создавая базовый ток, который включает транзистор, позволяя протекать гораздо большему коллекторному току. Этот коллекторный ток пропорционален интенсивности принимаемого инфракрасного света. Когда непрозрачный объект попадает в зазор, он блокирует поток фотонов, базовый ток фототранзистора падает почти до нуля (темновой ток), и транзистор выключается. Это отчетливое электрическое состояние ВКЛ/ВЫКЛ на выходе напрямую соответствует наличию или отсутствию объекта в оптическом пути.

12. Тенденции развития технологии

Технология оптопрерывателей продолжает развиваться вместе с достижениями в оптоэлектронике и производстве. Тенденции включают разработку устройств с еще меньшими размерами корпуса для обеспечения миниатюризации в потребительской электронике и носимых устройствах. Также наблюдается стремление к более высоким скоростям переключения для поддержки более быстрого кодирования данных и высокоскоростной промышленной автоматизации. Интеграция дополнительных функций, таких как встроенные триггеры Шмитта для формирования сигнала или токоограничивающие резисторы, упрощает проектирование схем. Кроме того, улучшения в материалах и процессах литья под давлением повышают устойчивость к окружающей среде, позволяя работать в более широких диапазонах температур и влажности для автомобильных и промышленных применений. Основной принцип остается надежным, обеспечивая постоянную актуальность оптопрерывателей для надежного бесконтактного определения положения и объектов.