Техническая документация на отражающий фотоэлектрический прерыватель ITR1502SR40A/TR8 - Размеры 4.0x3.0x2.0мм - Прямое напряжение 1.2В - Рассеиваемая мощность 75мВт - Черная прозрачная линза

1. Обзор продукта

ITR1502SR40A/TR8 представляет собой высокоинтегрированный, поверхностно монтируемый отражающий фотоэлектрический прерыватель, разработанный для бесконтактных сенсорных применений. Он объединяет инфракрасный излучатель и кремниевый фотопреобразователь-транзистор в компактном корпусе с черной прозрачной линзой. Устройство предназначено для надежного обнаружения наличия или движения объектов с номинальным оптимальным расстоянием срабатывания 4 мм. Его бескорпусное исполнение специально разработано для совместимости с современными процессами пайки оплавлением и подходит для автоматизированной сборки в больших объемах.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Высокая чувствительность:Кремниевый фототранзистор обеспечивает сильный электрический отклик на отражённый инфракрасный свет, что позволяет осуществлять надёжное детектирование.
• Отсечка видимого света:Материал черных прозрачных линз эффективно блокирует окружающий видимый свет, сводя к минимуму вероятность ложных срабатываний, вызванных источниками окружающего освещения.
• Компактная конструкция:Размеры 4,0 мм x 3,0 мм x 2,0 мм идеально подходят для проектирования печатных плат с ограниченным пространством.
• Возможность пайки оплавлением:Корпус без выводов (в ленточной упаковке) совместим со стандартными процессами поверхностного монтажа и выдерживает пиковую температуру пайки до 260°C в течение 5 секунд.
• Соответствие экологическим нормам:该器件符合无卤标准（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm）、欧盟 REACH 法规，并且符合 RoHS 标准。
• Длинное фокусное расстояние:В своей серии корпусов оно обеспечивает относительно большое оптимальное расстояние срабатывания — 4 мм.

1.2 Целевые рынки и области применения

Этот компонент предназначен для разработчиков потребительской электроники, систем офисной автоматизации и промышленного управления, которым требуется надежное и недорогое обнаружение объектов. Его основная функция — обнаруживать наличие, отсутствие или прохождение объекта без физического контакта.

• Принтеры и копировальные аппараты:Обнаружение замятия бумаги, состояния лотка или наличия носителя.
• Оптические накопители (например, CD/DVD):Определение положения лотка для дисков или обнаружение наличия диска.
• Проекторы и мониторы:Мониторинг состояния светофильтров, положения крышки или других внутренних механизмов.
• Торговые автоматы и информационные киоски:Обнаружение распределения продукции или взаимодействия с пользователем.
• Бытовые приборы:Определение положения в умных замках, кофемашинах или других автоматизированных устройствах.

2. Подробный анализ технических параметров

Производительность ITR1502SR40A/TR8 определяется комплексом электрических и оптических параметров. Понимание этих параметров имеет решающее значение для правильного проектирования схем и надежной работы системы.

2.1 Абсолютные максимальные номинальные значения

Эти номинальные значения определяют пределы воздействия, которые могут привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Входная рассеиваемая мощность (Pd):75 мВт при температуре свободного воздуха ≤25°C.
• Прямой ток (IF):50 мА (непрерывный).
• Пиковый прямой ток (IFP):При скважности 1% импульсный ток может достигать 1 А при длительности импульса ≤100 мкс.
• Обратное напряжение (VR):5 V.
• Мощность рассеяния коллектора (PC):75 мВт.
• Ток коллектора (IC):25 мА.
• Напряжение коллектор-эмиттер (V_CEO):30 В.
• Напряжение эмиттер-коллектор (V_ECO):5 V.
• Рабочая температура (T_opr):от -25°C до +85°C.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +100°C.
• Температура пайки выводов:На расстоянии 1/16 дюйма от корпуса, 260°C в течение 5 секунд.

2.2 Оптоэлектрические характеристики (Ta=25°C)

Это гарантированные параметры производительности при указанных условиях испытаний.

Вход (инфракрасный излучатель - ИК GaAs чип):

• Прямое напряжение (V_F):Типичное значение 1.2В, максимум 1.4В при I_F= 20 мА. Это определяет падение напряжения на светодиоде при его включении.
• Обратный ток (I_R):При V_R= 6 В, максимум 10 мкА.
• Пиковая длина волны (λ_P):При I_F= 10 мА составляет 940 нм (номинальное значение). Это относится к ближнему инфракрасному спектру и невидимо для человеческого глаза.

Выход (фототранзистор - кремниевый чип):

• Темновой ток (I_CEO):Типичное значение 1 нА, при V_CE= 20V, максимальный ток утечки 100 нА. Это ток утечки при отсутствии освещения детектора.
• Передаточная характеристика - ток коллектора (I_C(ON)):При испытательных условиях: V_CE=2В, I_F=4мА, расстояние до отражающей цели d=4мм, минимальный 60 мкА, типовое значение, максимальный 450 мкА. Это ключевой параметр, указывающий на чувствительность.
• Передаточная характеристика - ток в выключенном состоянии (I_C(OFF)):Максимум 600 нА при тех же условиях испытаний, но без цели отражения (или поглощения).
• Время отклика (t_r, t_f):Типичное время нарастания и спада составляет 20 мкс, максимальное — 100 мкс. Условия испытаний: V_CE=2В, I_C=100 мкА, R_L=1 кОм, d=4 мм. Это определяет скорость переключения.

Примечание: Рабочий темновой ток может зависеть от окружающей среды (например, от фоновых инфракрасных источников).

2.3 Диапазон градации тока коллектора

Приборы классифицируются в соответствии с измеренным током коллектора (I_C(ON)) производится сортировка. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты с согласованной чувствительностью для своего применения.

• Сорт A:60 μA ≤ I_C(ON)< 120 μA
• Уровень B:100 мкА ≤ I_C(ON)< 220 μA
• Категория C:180 μA ≤ I_C(ON)< 350 μA
• Категория D:310 мкА ≤ I_C(ON)≤ 450 мкА

3. Анализ характеристических кривых

Предоставленные вольт-амперные характеристики дают ценное представление о поведении устройства в различных условиях, что крайне важно для надежного проектирования системы.

3.1 Электрические характеристики

Прямой ток vs. Прямое напряжение:Данная кривая показывает типичную ВАХ инфракрасного излучающего светодиода. Она нелинейна и аналогична характеристике стандартного диода. При токе 20 мА типичное прямое напряжение составляет около 1,2 В.

Прямой ток vs. ток коллектора:Это передаточная характеристика, показывающая выходной ток (I_CКак увеличить ток возбуждения светодиода (I_F) увеличивается. В рабочей области зависимость приблизительно линейна, что демонстрирует коэффициент усиления устройства.

Коллекторный ток vs. напряжение коллектор-эмиттер:Этот набор кривых показывает зависимость при различных I_CЗависимость I от V_CE при различных уровнях тока (например, 5 мА, 10 мА, 20 мА, 50 мА)._Fв зависимости от V_CE. Это иллюстрирует, что фототранзистор действует как источник тока; после превышения определенного V_CE(напряжение насыщения, обычно низкое), I_CВ основном определяется падающим светом (следовательно, и I_F).

3.2 Температурные характеристики

Прямое напряжение vs. температура окружающей среды:Прямое напряжение светодиода имеет отрицательный температурный коэффициент и незначительно снижается с ростом температуры (примерно с 1.21 В при -20°C до 1.16 В при 80°C).

Относительный ток коллектора в зависимости от температуры окружающей среды:Это ключевая кривая. Ток коллектора (чувствительность) значительно снижается с ростом температуры. При 80°C относительный выходной сигнал составляет лишь около 80% от значения при 25°C. Это необходимо учитывать в конструкциях, работающих при высоких температурах, чтобы обеспечить достаточный запас по сигналу.

Темновой ток коллектора в зависимости от температуры окружающей среды:Темновой ток растет экспоненциально с температурой (примерно от 0.1 нА при -40°C до почти 1000 нА при 100°C). В высокотемпературных приложениях этот повышенный ток утечки может стать значительной составляющей сигнала, что потенциально снижает отношение сигнал/шум.

Потребляемая мощность в зависимости от температуры окружающей среды:Эта кривая снижения номинальных характеристик показывает, что максимально допустимая рассеиваемая мощность прибора линейно уменьшается, когда температура окружающей среды превышает 25°C, падая до 0 мВт при 100°C.

3.3 Оптические и пространственные характеристики

Спектр длин волн:Кривая относительной излучательной интенсивности показывает, что центр выходного сигнала излучателя находится на 940 нм с типичной спектральной шириной. Черная прозрачная линза эффективно пропускает этот инфракрасный свет, одновременно блокируя более короткие волны видимого спектра.

Относительный ток коллектора vs. расстояние перемещения по оси Z (зеркало):Эта кривая определяет профиль чувствительности. Выходной ток максимален, когда отражающая цель находится на оптимальном расстоянии (4 мм). При приближении или удалении цели сигнал затухает, что определяет фактическое окно чувствительности. Форма кривой приблизительно соответствует гауссовому распределению.

Время переключения vs. сопротивление нагрузки:Время нарастания (t_r) и время спада (t_f) увеличиваются с ростом сопротивления нагрузки (R_L). Для достижения максимальной скорости переключения следует использовать меньшее значение R_LОднако это также приводит к снижению размаха выходного напряжения. Разработчикам необходимо найти баланс между скоростью и уровнем сигнала.

4. Механические и корпусные данные

4.1 Габаритные размеры корпуса

Устройство выполнено в компактном бесвыводном корпусе для поверхностного монтажа с размерами: длина 4.0 мм, ширина 3.0 мм, высота 2.0 мм. Ключевые размерные характеристики включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах.
• Допуск составляет ±0.1 мм, если не указано иное.
• Шаг выводов измеряется в месте их выхода из корпуса.
• Вес изделия составляет приблизительно 0,025 грамма.

4.2 Рекомендуемый рисунок контактных площадок на PCB

Предоставлена рекомендуемая компоновка контактных площадок для обеспечения надежной пайки и механической стабильности. Подчеркивается ключевое правило проектирования: количество припоя должно тщательно контролироваться для предотвращения его капиллярного подъема или проникновения в зазор между PCB и корпусом компонента. Избыток припоя в этой области создает механические напряжения, что может нарушить функциональность или снизить долгосрочную надежность. Конструкция контактных площадок обычно включает термоотводящие соединения и достаточную площадь меди для обеспечения прочного соединения.

4.3 Полярность и ориентация

Данное устройство имеет маркировку направления (обычно точка или выемка на верхней стороне), указывающую на вывод 1. Распиновка таких устройств стандартна: анод и катод инфракрасного излучателя образуют одну пару, а коллектор и эмиттер фототранзистора — другую. Для получения точного распределения выводов необходимо обратиться к диаграмме в техническом описании. Неправильная ориентация приведет к неработоспособности устройства.

5. Руководство по пайке, сборке и хранению

5.1 Условия пайки оплавлением

ITR1502SR40A/TR8 рассчитан на технологию бессвинцовой пайки оплавлением. Предоставляется рекомендуемый температурный профиль, который обычно включает:

• Предварительный нагрев / Повышение температуры:Контролируемый нагрев для активации флюса.
• Зона смачивания:Выдержка при температуре ниже линии ликвидуса в течение определенного времени для обеспечения равномерного нагрева.
• Зона рециркуляции:Пиковая температура не должна превышать 260°C, а время выше 240°C должно быть ограничено (например, 30-60 секунд).
• Охлаждение:Контролируемый период охлаждения.

Важное примечание:Не следует подвергать один и тот же компонент более чем двум циклам пайки оплавлением во избежание термических повреждений внутренних элементов и формовочной смолы.

5.2 Влагочувствительность и хранение (MSL 3)

Данный корпус чувствителен к влаге. Для предотвращения эффекта «попкорна» (растрескивание корпуса из-за давления пара в процессе оплавления) необходимо соблюдать следующие процедуры.

• Хранение в невскрытой упаковке:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤90% RH. Использовать в течение одного года с даты отгрузки.
• После вскрытия:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности ≤70% RH.
• Время жизнеспособности смеси:Устройство должно быть запаяно в течение 168 часов (7 дней) после вскрытия влагозащитного пакета.
• Прокаливание:Если срок годности на производстве превышен или индикаторная карточка влажности (силикагель) показывает насыщение, перед использованием устройство следует прокалить при 60°C ±5°C в течение 24 часов для удаления поглощенной влаги.

6. Упаковка и информация для заказа

6.1 Спецификация на ленте

Данное устройство поставляется в ленточной упаковке, соответствующей стандарту EIA-481, и предназначено для автоматизированного монтажа.

• Количество в упаковке:800 штук в рулоне.
• Количество рулонов в коробке:38 рулонов во внешней коробке.
• Размер внешней коробки:409 мм (A) x 245 мм (B) x 360 мм (C).

На катушке имеется специальная маркировка направления, указывающая на правильную ориентацию подачи. Предоставлены подробные размеры катушки (диаметр шпули, ширина катушки и т.д.) для обеспечения совместимости с монтажным оборудованием.

6.2 Программа упаковки

Катушки упакованы в герметичные влагозащитные пакеты из алюминиевой фольги. Каждый пакет содержит пакетик с осушителем и индикаторную карточку влажности для контроля уровня влажности. Затем несколько пакетов помещаются в основную транспортную коробку.

7. Вопросы проектирования приложений

7.1 Типовая схема применения

Базовая схема применения включает две основные части:

1. Управление передатчиком:Токоограничивающий резистор, включенный последовательно с инфракрасным светодиодом. Сопротивление рассчитывается как R_предел= (V_CC- V_F) / I_FНапример, при использовании источника питания 5V и ожидаемом токе I_F20mA: R_предел= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω (используется стандартный резистор 200Ω). Светодиод может управляться непрерывно или импульсно для снижения энергопотребления.
2. Интерфейс детектора:Фототранзистор обычно подключается через подтягивающий резистор (R_L) от коллектора к V_CC. Эмиттер заземлен. При отсутствии отраженного света транзистор закрыт, и выходное напряжение на коллекторе высокое (V_CC). При обнаружении света транзистор открывается, понижая выходное напряжение до уровня земли. R_LЕго значение влияет как на размах выходного напряжения, так и на скорость отклика (см. кривые производительности). Типичные значения составляют от 1 кОм до 10 кОм.

7.2 Факторы проектирования для надежного сенсорного измерения

• Коэффициент отражения цели:Сила сигнала пропорциональна отражательной способности поверхности цели. Белые, отражающие поверхности дадут самый сильный сигнал; черные, матовые поверхности дадут самый слабый сигнал. Система должна быть спроектирована для работы в наихудших условиях цели.
• Расстояние до цели и юстировка:Датчик имеет определенную "оптимальную точку" на расстоянии 4 мм. Изменения в сборочных допусках или положении цели могут повлиять на уровень сигнала. Спроектируйте механическое крепление для поддержания постоянной коллимации.
• Устойчивость к фоновой засветке:Хотя черная линза блокирует большую часть видимого света, сильные источники инфракрасного излучения (солнечный свет, лампы накаливания) все же могут создавать помехи. Использование модулированного (импульсного) сигнала управления светодиодом и синхронного детектирования в схеме приемника может значительно повысить устойчивость к фоновой засветке.
• Температурная компенсация:Как видно из графика, чувствительность снижается с понижением температуры. Для приложений, работающих в широком диапазоне температур, схема должна включать запас или активную компенсацию (например, регулировку тока I в зависимости от температуры_F), чтобы обеспечить надежное обнаружение даже при высоких температурах.
• Электрические помехи:Держите трассировку датчика короткой и вдали от шумных цифровых или силовых линий. Напряжение V вблизи устройства_CCИспользование байпасных конденсаторов на светодиодах и источниках питания (при использовании импульсного управления).

8. Сравнение технологий и дифференциация

ITR1502SR40A/TR8 выделяется на рынке отражающих датчиков благодаря нескольким ключевым характеристикам:

• По сравнению с крупными размыкателями сквозного монтажа:Его основное преимущество — сверхкомпактный размер корпуса SMD 4.0x3.0 мм, что обеспечивает миниатюризацию и возможность автоматизированной сборки, чего нельзя достичь с крупными компонентами для сквозного монтажа.
• По сравнению с другими отражательными SMD датчиками:В этом компактном корпусе сочетаются оптимальная дистанция 4 мм и черная прозрачная линза, блокирующая видимый свет, что является определенной конструктивной особенностью. Некоторые конкуренты могут предлагать меньшую дистанцию срабатывания или линзы из других материалов.
• По сравнению с аналоговым выходом и цифровым датчиком:Устройство обеспечивает аналоговый выход на фототранзисторе, что дает разработчикам полный контроль над порогом срабатывания и позволяет проводить аналоговые измерения дистанции/коэффициента отражения. Это обеспечивает большую гибкость по сравнению со встроенными цифровыми логическими датчиками, которые выдают только сигнал включения/выключения.
• По сравнению с парой раздельных излучатель/детектор:Интегральная упаковка обеспечивает точное и фиксированное взаимное позиционирование излучателя и детектора, чего трудно и дорого достичь с двумя отдельными компонентами. Это также упрощает разводку печатной платы и сборку.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

Q1: В чем разница между сортами (A, B, C, D)? Как мне выбрать?
A: Градации представляют различные диапазоны чувствительности (I_C(ON)). Выбирайте градацию в зависимости от требуемого запаса по сигналу. Для применений с высокоотражающими объектами или на коротких расстояниях может быть достаточно более низкой градации (A или B). Для объектов с низкой отражательной способностью, больших расстояний или работы при высоких температурах с падением чувствительности более высокая градация (C или D) обеспечивает больший запас. Для производства также важна однородность в пределах одной градации.

Q2: Могу ли я питать инфракрасный светодиод напрямую от источника напряжения без токоограничивающего резистора?
A: Нет, нельзя. Прямое напряжение светодиода не является фиксированным значением и меняется в зависимости от температуры и конкретного экземпляра устройства. Прямое питание от источника напряжения приведет к неконтролируемому току, который, скорее всего, превысит абсолютный максимальный рейтинг и повредит излучатель. Обязательно используйте последовательный токоограничивающий резистор.

Q3: Мой датчик работает нестабильно. В чем может быть причина?
A: Распространенные проблемы включают: 1)Недостаточный запас по сигналу:Проверьте I для вашей конкретной цели_C(ON)и убедитесь, что он значительно превышает порог обнаружения вашей схемы, учитывая температурный допуск. 2)Помехи от фонового освещения:Защитите датчик от прямого попадания яркого света или примените модуляцию.3)Проблемы с паяными соединениями:Убедитесь, что используется рекомендуемый рисунок контактных площадок, и проверьте наличие перемычек припоя или недостаточного количества припоя.4)Слишком высокий темновой ток:При очень высоких температурах темновой ток может стать значительным; убедитесь, что ваша схема способна отличить его от реального сигнала.

Q4: Как рассчитать энергопотребление устройства?
A: Общее энергопотребление представляет собой сумму потребляемой мощности на входе (LED) и выходе (фототранзистор). P_{D(общая)}≈ (V_F* I_F) + (V_CE(sat)* I_C). В типичных условиях (I_F=20мА, V_F=1.2В, I_C=5 мА, V_CE=0.2 В), P_D≈ 24 мВт + 1 мВт = 25 мВт, что значительно ниже номинального значения 75 мВт при 25°C. При работе при температуре выше 25°C необходимо учитывать снижение этого значения.

10. Принцип работы

ITR1502SR40A/TR8 работает на основе принципа модулированного отражения света. Внутренний инфракрасный светодиод (IR LED) излучает свет с пиковой длиной волны 940 нм. Этот свет через линзу выходит из корпуса, освещает объект перед датчиком и частично отражается обратно. Интегрированный кремниевый фототранзистор, чувствительный к инфракрасному излучению, обнаруживает этот отраженный свет. Когда фотоны попадают в базовую область фототранзистора, создаются электрон-дырочные пары, которые действуют как базовый ток. Затем этот фотоиндуцированный базовый ток усиливается коэффициентом усиления транзистора, что приводит к большему току коллектора (I_C). Этот ток коллектора является электрическим выходным сигналом, пропорциональным интенсивности отраженного света. Черный прозрачный материал линзы прозрачен для инфракрасного излучения 940 нм, но непрозрачен для большей части видимого света, что обеспечивает устойчивость к помехам от окружающих источников видимого света. Фиксированное, компланарное выравнивание излучателя и детектора внутри литого корпуса создает точный оптический путь, оптимизированный для обнаружения объектов на определенном расстоянии (4 мм) перед датчиком.