Техническая документация на оптопрерыватель ITR9707 - Габариты 7.0x4.0x3.0мм - Прямое напряжение 1.2В - Пиковая длина волны 940нм

1. Обзор продукта

ITR9707 представляет собой компактный модуль оптопрерывателя, также известный как фотоэлектрический прерыватель или щелевой датчик. Он объединяет инфракрасный излучающий диод (IRED) и кремниевый фототранзистор в едином корпусе из черной термопластичной смолы. Компоненты расположены рядом на сходящихся оптических осях. Основной принцип работы основан на прерывании инфракрасного светового луча. В нормальном состоянии фототранзистор принимает излучение от расположенного рядом ИК-светодиода. Когда непрозрачный объект проходит через щель между излучателем и детектором, световой путь блокируется, что вызывает изменение состояния выхода фототранзистора. Это обеспечивает надежный бесконтактный метод обнаружения наличия, отсутствия или положения объекта.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Быстрое время отклика:Позволяет обнаруживать высокоскоростные события с типичным временем нарастания и спада 15 микросекунд.
• Высокая чувствительность:Кремниевый фототранзистор обеспечивает сильный электрический отклик на инфракрасное излучение.
• Специфическая длина волны:Использует ИК-светодиод с пиковой длиной волны излучения (λp) 940 нм, которая находится за пределами видимого спектра, что снижает влияние окружающего света.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт не содержит свинца, соответствует директиве RoHS и правилам EU REACH.

1.2 Целевые области применения

Данное устройство предназначено для различных применений в области бесконтактного сенсорного обнаружения и коммутации, включая, но не ограничиваясь: определение положения в компьютерных мышах и копировальных аппаратах, обнаружение края в сканерах и дисководах для гибких дисков, универсальная бесконтактная коммутация и непосредственный монтаж на плату в различных электронных сборках.

2. Технические характеристики и подробная интерпретация

2.1 Предельно допустимые параметры

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

• Вход (ИК-светодиод):Максимальный постоянный прямой ток (IF) составляет 50 мА. Максимальное обратное напряжение (VR) составляет 5 В. Рассеиваемая мощность (Pd) равна 75 мВт при температуре окружающего воздуха 25°C или ниже.
• Выход (Фототранзистор):Максимальный ток коллектора (IC) составляет 20 мА. Напряжение пробоя коллектор-эмиттер (BVCEO) равно 30 В. Рассеиваемая мощность (Pd) равна 75 мВт.
• Тепловые параметры:Диапазон рабочих температур (Topr) составляет от -25°C до +85°C. Диапазон температур хранения (Tstg) составляет от -40°C до +85°C.
• Пайка:Температура пайки выводов (Tsol) не должна превышать 260°C в течение 5 секунд или менее, измеренная на расстоянии 3 мм от корпуса.

2.2 Электрооптические характеристики

Это типичные параметры производительности, измеренные при Ta=25°C, определяющие рабочие характеристики устройства.

• Входные характеристики:Прямое напряжение (VF) ИК-светодиода обычно составляет 1.2 В при токе накачки (IF) 20 мА, максимум 1.5 В. Обратный ток (IR) составляет максимум 10 мкА при VR=5 В.
• Выходные характеристики:Темновой ток коллектора (ICEO), то есть ток утечки при отсутствии освещения, составляет максимум 100 нА при VCE=20 В. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (VCE(sat)) составляет максимум 0.4 В, когда фототранзистор переводится в насыщение (IC=2 мА, Ee=1 мВт/см²).
• Передаточные характеристики:Это определяет взаимосвязь между входом и выходом. Ток коллектора во включенном состоянии (IC(on)) гарантированно составляет не менее 0.5 мА, когда ИК-светодиод запитан током IF=20 мА, а на фототранзистор подано напряжение VCE=5 В. Этот параметр, известный как коэффициент передачи тока (CTR), имеет решающее значение для проектирования интерфейсной схемы.
• Динамический отклик:Как время нарастания (tr), так и время спада (tf) обычно составляют 15 мкс при указанных условиях испытаний (VCE=5 В, IC=1 мА, RL=1 кОм). Это определяет максимальную частоту переключения.

3. Анализ характеристических кривых

3.1 Характеристики ИК-светодиода

В техническом описании приведены типичные кривые для инфракрасного излучающего компонента. ГрафикПрямой ток в зависимости от температуры окружающей средыпоказывает, как максимально допустимый прямой ток снижается с увеличением температуры окружающей среды выше 25°C, что критически важно для теплового режима. КриваяПрямой ток в зависимости от прямого напряженияиллюстрирует ВАХ диода, что необходимо для выбора токоограничивающего резистора. ГрафикСпектральная чувствительностьподтверждает пик излучения на 940 нм и ширину полосы излучения.

3.2 Характеристики фототранзистора

КриваяСпектральной чувствительностифототранзистора показывает его отклик на разных длинах волн. Пик находится в ближней инфракрасной области, что близко соответствует излучению на 940 нм от парного ИК-светодиода. Такое спектральное согласование максимизирует чувствительность и минимизирует отклик на нежелательные источники окружающего света.

4. Механическая информация и данные о корпусе

4.1 Габаритные размеры корпуса

ITR9707 выполнен в стандартном компактном корпусе. Ключевые размеры включают общую ширину корпуса примерно 7.0 мм, высоту 4.0 мм и глубину 3.0 мм. Ширина щелевого зазора, определяющая размер обнаруживаемого объекта, является критическим размером. Шаг выводов стандартизирован для монтажа в отверстия печатной платы. Все размерные допуски обычно составляют ±0.3 мм, если не указано иное.

4.2 Идентификация полярности и монтаж

Компонент имеет стандартную распиновку, где анод и катод ИК-светодиода находятся с одной стороны, а эмиттер и коллектор фототранзистора — с другой. Черный корпус и специфическая длина выводов или маркировка на корпусе обычно указывают ориентацию. Правильную полярность необходимо соблюдать при разводке печатной платы и сборке.

5. Рекомендации по пайке и сборке

5.1 Меры предосторожности при формовке выводов

Если выводы необходимо согнуть для монтажа, это должно быть сделанодопайки. Изгиб должен производиться не ближе 3 мм от основания эпоксидного корпуса, чтобы избежать передачи механических напряжений, которые могут привести к растрескиванию корпуса или повреждению кристалла. Выводы должны быть зафиксированы во время изгиба, а операция должна выполняться при комнатной температуре.

5.2 Рекомендуемые параметры пайки

• Ручная пайка:Температура жала паяльника не должна превышать 300°C (для паяльника мощностью до 30 Вт). Время пайки на один вывод должно составлять 3 секунды или менее. Пайка должна находиться на расстоянии не менее 3 мм от эпоксидного корпуса.
• Волновая/погружная пайка:Температура предварительного нагрева должна быть не более 100°C в течение до 60 секунд. Температура ванны припоя не должна превышать 260°C, время нахождения в волне — 5 секунд или менее. Опять же, необходимо соблюдать минимальное расстояние 3 мм от корпуса.

Рекомендуется температурный профиль пайки, подчеркивающий контролируемый нагрев, плато пиковой температуры и контролируемое охлаждение для предотвращения теплового удара.

5.3 Обращение после пайки

Избегайте приложения механических напряжений или вибрации к устройству, пока оно еще горячее после пайки. Дайте ему остыть естественным образом до комнатной температуры. Погружную или ручную пайку не следует повторять более одного раза. Ультразвуковая очистка для данного устройства не рекомендуется.

6. Хранение и обращение

Для длительного хранения, превышающего стандартный 3-месячный срок годности с момента отгрузки, устройства должны храниться в герметичном контейнере с азотной атмосферой при температуре 10°C~25°C и относительной влажности 20%~60%. После вскрытия влагозащитной упаковки компоненты должны быть использованы в течение 24 часов или как можно скорее. Необходимо избегать резких перепадов температуры в условиях высокой влажности для предотвращения конденсации, которая может привести к коррозии или другим повреждениям при последующей пайке.

7. Упаковка и информация для заказа

Стандартная конфигурация упаковки — 78 штук в тубусе. Сорок две тубы упаковываются в одну коробку, а четыре коробки — в один мастер-картон. На этикетке упаковки указаны поля для номера детали заказчика (CPN), номера детали производителя (P/N), количества (QTY), позиционных обозначений (REF) и номера партии (LOT No) для обеспечения прослеживаемости.

8. Соображения по проектированию приложений

8.1 Типовая схема включения

Типичная схема применения включает токоограничивающий резистор, включенный последовательно с анодом ИК-светодиода. Его номинал рассчитывается на основе напряжения питания (Vcc), прямого напряжения светодиода (VF ~1.2 В) и требуемого прямого тока (IF, например, 20 мА). Фототранзистор обычно используется в ключевом режиме, подключенный как стягивающее устройство с коллектором к Vcc (через подтягивающий резистор при необходимости) и эмиттером на землю. Напряжение в узле коллектора будет низким, когда луч не прерывается (транзистор ВКЛЮЧЕН), и высоким, когда луч заблокирован (транзистор ВЫКЛЮЧЕН).

8.2 Факторы проектирования

• Обнаружение объекта:Устройство обнаруживает непрозрачные объекты, полностью прерывающие инфракрасный луч в щели. Отражающие или полупрозрачные материалы могут не вызывать надежного изменения состояния.
• Устойчивость к окружающему свету:Длина волны 940 нм и согласованная спектральная характеристика обеспечивают хорошее подавление обычного видимого окружающего света. Однако сильные источники инфракрасного света (например, солнечный свет, лампы накаливания) могут вызывать помехи, и для критических применений может потребоваться оптическое экранирование или методы модуляции/демодуляции.
• Скорость отклика:Время отклика 15 мкс позволяет обнаруживать объекты, движущиеся с относительно высокой скоростью, что подходит для энкодеров и датчиков скорости.
• Юстировка:Встроенная сходящаяся оптика упрощает юстировку, но печатная плата должна быть спроектирована так, чтобы выводы вставлялись без напряжения, а щель должна оставаться свободной.

9. Техническое сравнение и позиционирование

ITR9707 представляет собой стандартное, экономичное решение для монтажа в отверстия. Его ключевыми отличиями являются специфическая длина волны 940 нм, которая является распространенным отраслевым стандартом, и надежная конструкция. По сравнению с отражательными датчиками, прерыватели обеспечивают более надежное и стабильное обнаружение, поскольку они менее подвержены изменениям отражательной способности поверхности цели. По сравнению с современными компонентами для поверхностного монтажа, корпус для монтажа в отверстия обеспечивает механическую надежность в приложениях, подверженных вибрации, или там, где используется ручная сборка.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Каково типичное рабочее расстояние или зазор?

О: Рабочий "зазор" — это физическая щель внутри самого корпуса. Устройство обнаруживает любой непрозрачный объект, который входит и блокирует эту внутреннюю щель. Оно не используется для обнаружения объектов на расстоянии вне корпуса.

В: Могу ли я запитывать ИК-светодиод напрямую от источника напряжения?

О: Нет. Светодиод — это устройство с токовым управлением. Последовательный токоограничивающий резистор обязателен для предотвращения чрезмерного тока, который может разрушить светодиод, даже если напряжение питания кажется низким.

В: Как интерпретировать минимальное значение IC(on) 0.5 мА?

О: Это гарантированный минимальный выходной ток, когда вход запитан в стандартных условиях испытаний (IF=20 мА, VCE=5 В). Ваша схема должна корректно работать, даже если фактическое устройство соответствует этой минимальной спецификации, что обеспечивает надежность при производственных вариациях.

В: Устойчив ли этот датчик к солнечному свету?

О: Хотя фильтр 940 нм помогает, прямой солнечный свет содержит значительное количество инфракрасного излучения и может насыщать датчик. Для использования на открытом воздухе или в очень ярких помещениях рекомендуется дополнительное оптическое экранирование или электронная фильтрация (например, модулированный свет).

11. Практические примеры применения

Пример 1: Обнаружение замятия бумаги в принтере.Прерыватель устанавливается так, чтобы бумажный флажок или сама бумага проходили через его щель. При наличии бумаги луч блокируется, и фототранзистор выключен. Замятие бумаги или ее отсутствие (нет блокировки) приводит к включению транзистора, что сигнализирует микроконтроллеру.

Пример 2: Вращающийся энкодер для скорости двигателя.Перфорированный диск, прикрепленный к валу двигателя, вращается между плечами прерывателя. Когда каждая прорезь проходит через щель, луч попеременно прерывается и проходит, генерируя последовательность прямоугольных импульсов. Частота этого сигнала прямо пропорциональна скорости вращения двигателя.

12. Принцип работы

ITR9707 работает по принципу прерывания проходящего света. Инфракрасный световой луч генерируется светодиодом GaAlAs. Этот луч проходит через небольшой воздушный зазор внутри корпуса устройства и фокусируется на чувствительной области кремниевого NPN фототранзистора. Фототранзистор действует как источник тока; падающие фотоны генерируют электрон-дырочные пары в его базовой области, вызывая базовый ток, который затем усиливается коэффициентом усиления транзистора, что приводит к значительно большему току коллектора. Когда объект блокирует луч, поток фотонов падает до нуля, базовый ток прекращается, и ток коллектора падает до очень низкого уровня темнового тока. Это резкое изменение выходного тока используется как цифровой сигнал, указывающий на наличие объекта.

13. Технологические тренды

Оптопрерыватели остаются фундаментальными компонентами для определения положения и движения. Современные тенденции включают разработку версий для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, которые предлагают меньшие габариты и высоту. Также наблюдается тенденция к интеграции дополнительных схем на кристалле, таких как триггеры Шмитта для цифрового выхода с гистерезисом, усилители для аналогового выхода или даже полная логика энкодера. Кроме того, достижения в области материалов корпусов направлены на улучшение тепловых характеристик и устойчивости к процессам отмывки плат. Однако основной принцип оптического прерывания по-прежнему ценится за свою простоту, надежность и бесконтактный характер.