Техническая документация на фотоинтерраптор ITR20002 - Боковой корпус - Длина волны 940 нм

1. Обзор продукта

ITR20002 представляет собой компактный инфракрасный фотоинтерраптор бокового обзора. Он объединяет инфракрасный излучающий диод и NPN кремниевый фототранзистор, установленные рядом на сходящейся оптической оси внутри черного термопластичного корпуса. Такая конфигурация предназначена для обнаружения объектов, определения положения и бесконтактного переключения путем прерывания инфракрасного луча между излучателем и детектором.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Высокое быстродействие:Обеспечивает быстрое обнаружение и переключение, подходит для высокоскоростных применений.
• Высокая чувствительность:Кремниевый фототранзистор обеспечивает надежное детектирование сигнала от ИК-излучателя.
• Специфическая длина волны отсечки:Пиковая длина волны излучения (λp) составляет 940 нм, оптимизирована для инфракрасного детектирования при минимизации помех от видимого света.
• Соответствие экологическим нормам:Продукт не содержит свинца, соответствует директивам RoHS, EU REACH и стандарту "Без галогенов" (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Сходящаяся оптическая ось:Конструкция с расположением элементов рядом и сходящейся осью упрощает юстировку для обнаружения объектов в зазоре между компонентами.

1.2 Целевые области применения

Модуль предназначен для различных оптоэлектронных задач детектирования, включая:

• Механизмы компьютерных мышей и копировальных аппаратов для обнаружения движения или наличия бумаги.
• Накопители на гибких дисках для определения вставки диска или позиции дорожки.
• Универсальное бесконтактное переключение.
• Прямой монтаж на печатные платы (PCB).

2. Подробный анализ технических параметров

В этом разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых электрических и оптических параметров, указанных в техническом описании.

2.1 Предельные эксплуатационные характеристики

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

• Вход (ИК-светодиод):
  • Рассеиваемая мощность (Pd):100 мВт при 25°C. При более высоких температурах окружающей среды необходимо снижение мощности.
  • Обратное напряжение (VR):5 В. Превышение этого значения может привести к пробою p-n перехода светодиода.
  • Прямой ток (IF):60 мА, постоянный.
  • Пиковый прямой ток (IFP):1 А для импульсов ≤100 мкс при скважности 1%. Это позволяет использовать кратковременные импульсы высокой интенсивности.
• Выход (Фототранзистор):
  • Рассеиваемая мощность коллектора (Pc):80 мВт. Это ограничивает комбинацию тока коллектора и напряжения.
  • Ток коллектора (IC):Максимальный постоянный ток 20 мА.
  • Напряжение коллектор-эмиттер (BV_CEO):35 В. Максимальное напряжение, которое может быть приложено к транзистору при разомкнутой базе.
  • Напряжение эмиттер-коллектор (BV_ECO):6 В. Максимальное обратное напряжение между эмиттером и коллектором.
• Тепловые характеристики:
  • Рабочая температура (T_opr):от -25°C до +85°C.
  • Температура хранения (T_stg):от -40°C до +85°C.
  • Температура пайки выводов (T_sol):260°C в течение 5 секунд на расстоянии 1/16 дюйма (1.6 мм) от корпуса.

2.2 Электрооптические характеристики (Ta=25°C)

Это типичные рабочие параметры в указанных условиях испытаний.

• Входные характеристики (ИК-светодиод):
  • Прямое напряжение (V_F):Обычно от 1.2В до 1.5В при I_F=20мА. Это важно для проектирования схемы ограничения тока.
  • Пиковая длина волны (λ_P):940 нм. Это длина волны, на которой ИК-светодиод излучает максимальную оптическую мощность.
• Выходные характеристики (Фототранзистор):
  • Темновой ток (I_CEO):Максимум 100 нА при V_CE=20В без освещения (E_e=0). Это ток утечки, определяющий уровень шума в выключенном состоянии.
  • Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (V_CE(sat)):Максимум 0.4В при I_C=0.04мА и I_F=40мА. Низкое значение V_CE(sat)желательно, когда транзистор используется в качестве ключа.
  • Ток коллектора (I_C(ON)):Диапазон от 0.04мА до 0.9мА при V_CE=5В и I_F=20мА. Этот параметр, передаточная характеристика, определяет чувствительность оптопары. Широкий диапазон указывает на то, что это критический параметр, который может быть отсортирован.
  • Время нарастания/спада (t_r/t_f):Типично 20мкс и 25мкс соответственно, в определенных условиях испытаний (V_CE=2В, I_C=100мкА, R_L=100Ом). Эти значения определяют максимальную частоту переключения устройства.

3. Анализ характеристических кривых

В техническом описании приведены типичные характеристические кривые как для ИК-излучателя, так и для фототранзистора. Хотя точные графики здесь не воспроизводятся, объясняется их значение.

3.1 Кривые ИК-излучателя

Эти кривые обычно иллюстрируют зависимость между прямым током (I_F) и прямым напряжением (V_F) при разных температурах, показывая отрицательный температурный коэффициент V_F. Они также могут показывать относительную излучаемую интенсивность в зависимости от прямого тока и угловую диаграмму направленности, что крайне важно для понимания расходимости луча в корпусе бокового обзора.

3.2 Кривые фототранзистора

Эти кривые необходимы для проектирования схем. Обычно они включают:

• Ток коллектора в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (I_C-V_CE):Семейство кривых для разных уровней облученности (или разных токов ИК-светодиода). Это показывает выходные характеристики транзистора и помогает определить нагрузочную прямую.
• Ток коллектора в зависимости от облученности (или I_F):Эта передаточная характеристика количественно определяет чувствительность, показывая, какой выходной ток генерируется при заданном уровне входного света.
• Темновой ток в зависимости от температуры:Показывает, как ток утечки увеличивается с температурой, что может повлиять на соотношение сигнал/шум в условиях высокой температуры.

4. Механическая и корпусная информация

4.1 Габаритные размеры корпуса

ITR20002 поставляется в стандартном корпусе бокового обзора для монтажа в отверстия. Чертеж с размерами в техническом описании предоставляет критически важные измерения для разводки печатной платы и механической интеграции. Ключевые особенности включают шаг выводов, размеры корпуса и расположение оптической апертуры. Примечание указывает, что допуски составляют ±0.25 мм, если на размерном чертеже не указано иное.

4.2 Определение полярности

Для корпусов для монтажа в отверстия полярность обычно указывается физической формой корпуса (плоскостью или вырезом) или длиной выводов. Чертеж в техническом описании должен четко маркировать анод и катод ИК-светодиода, а также коллектор и эмиттер фототранзистора. Правильная полярность необходима для работы устройства и предотвращения повреждений.

5. Руководство по применению и проектированию

5.1 Типовая схема включения

Базовая схема включает управление ИК-светодиодом через токоограничивающий резистор, подключенный к источнику напряжения. Фототранзистор обычно включен по схеме с общим эмиттером: коллектор подтянут к напряжению питания через нагрузочный резистор (R_L), а эмиттер заземлен. Выходной сигнал снимается с коллектора. Значение R_Lвлияет на размах выходного напряжения, скорость и потребляемый ток. Меньшее значение R_Lобеспечивает более быстрое переключение, но меньший размах напряжения; большее значение R_Lдает больший размах, но более медленный отклик.

5.2 Рекомендации по проектированию

• Юстировка:Конструкция с расположением элементов рядом и сходящейся осью означает, что чувствительная область детектирования находится в зазоре между излучателем и детектором. Для надежной работы необходима точная механическая юстировка пути объекта.
• Защита от фоновой засветки:Хотя встроенный фильтр 940 нм помогает, сильные источники фонового ИК-излучения (солнечный свет, лампы накаливания) могут насыщать фототранзистор. Использование модулированного ИК-сигнала и синхронного детектирования может значительно повысить помехозащищенность.
• Управление током:Эксплуатируйте ИК-светодиод при рекомендованном I_F(например, 20мА) или ниже для обеспечения долгосрочной надежности. Подача на светодиод импульсов более высокого тока (в пределах I_FP) может увеличить дальность детектирования или силу сигнала.
• Интерфейс выхода:Выход фототранзистора может быть подан непосредственно на цифровой вход микроконтроллера (с соответствующей подтяжкой) или на компаратор для точного порогового детектирования в аналоговых приложениях.

6. Информация об упаковке и заказе

6.1 Спецификация маркировки

Маркировка продукта содержит несколько кодов:

• CPN:Партномер заказчика.
• P/N:Артикул производителя (ITR20002).
• QTY:Количество в упаковке.
• CAT / HUE / REF:Вероятно, относятся к внутренним кодам сортировки по таким параметрам, как сила света (CAT), доминирующая длина волны (HUE) и прямое напряжение (REF).
• LOT No:Номер партии для прослеживаемости.

6.2 Спецификация упаковки

Стандартная упаковка: 150 штук в пакете, 5 пакетов в коробке, 10 коробок в гофрокартоне. Эта информация важна для планирования запасов и подачи на производственную линию.

7. Техническое сравнение и позиционирование

ITR20002 представляет собой классическое, экономически эффективное решение для обнаружения объектов. Его ключевыми отличиями являются специфический механический форм-фактор бокового обзора и сходящаяся оптическая ось, которые предназначены для детектирования объектов, проходящих через определенный паз или зазор. По сравнению с отражательными датчиками, он предлагает более высокую надежность и стабильность, поскольку меньше зависит от отражательной способности целевого объекта. По сравнению с проходными датчиками с расположением излучателя и детектора напротив друг друга, он позволяет реализовать более компактную механическую конструкцию, где объект прерывает луч внутри одного модуля. Длина волны 940 нм является общепринятым стандартом, обеспечивающим хороший баланс между доступностью компонентов, стоимостью и подавлением фоновой засветки.

8. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

8.1 Какое типичное расстояние или зазор для срабатывания?

В техническом описании указано условие испытания I_C(ON)как "с отражателем на расстоянии 5 мм". Это говорит о том, что устройство оптимизировано для детектирования на очень коротком расстоянии, вероятно, в диапазоне нескольких миллиметров. Фактически используемый зазор зависит от тока управления ИК-светодиодом, чувствительности приемной схемы и требуемого запаса по сигналу.

8.2 Как защитить устройство от электрических помех?

Для ИК-светодиода обычно достаточно простого последовательного резистора. Для фототранзистора, работающего в условиях помех, рассмотрите возможность добавления небольшого конденсатора (например, 1-10 нФ) между коллектором и эмиттером для фильтрации высокочастотного шума, учитывая, что это замедлит время отклика. Для жестких промышленных условий могут потребоваться дополнительные внешние защитные диоды или TVS-диоды на входных/выходных линиях.

8.3 Можно ли использовать для измерения скорости вращения перфорированного диска?

Да, это распространенное применение. Максимальная частота переключения будет ограничена временем нарастания/спада (типично ~20-25 мкс), что теоретически позволяет достигать частот примерно до 20 кГц. На практике частота будет ниже из-за ограничений схемы и скважности. Убедитесь, что прорези и промежутки на диске достаточно широки, чтобы фототранзистор мог полностью включаться и выключаться.

9. Принцип работы

ITR20002 работает по принципу прерывания проходящего света. Внутренний инфракрасный излучающий диод (IRED) смещен в прямом направлении, что заставляет его излучать свет с пиковой длиной волны 940 нм. NPN кремниевый фототранзистор, расположенный на сходящейся оси, обычно принимает это излучение, когда ничто не преграждает путь. Фотоны с достаточной энергией попадают в область базы фототранзистора, генерируя электрон-дырочные пары. Этот фототок действует как ток базы, который затем усиливается коэффициентом усиления по току транзистора (бета), что приводит к значительно большему току коллектора. Когда непрозрачный объект помещается в зазор между излучателем и детектором, световой путь прерывается. Фототок прекращается, и транзистор выключается, вызывая падение тока коллектора до очень низкого значения (темнового тока). Это изменение тока коллектора между состояниями "включено" и "выключено" обеспечивает цифровой сигнал, указывающий на наличие или отсутствие объекта.

10. Отказ от ответственности и примечания по надежности

Информация, представленная в этом техническом документе, основана на оригинальном техническом описании. Ключевые отказы от ответственности и примечания от производителя включают:

• Технические характеристики и материалы могут быть изменены.
• Продукт соответствует опубликованным спецификациям в течение 12 месяцев с даты отгрузки.
• Графики и типичные значения приведены только для справки и не гарантируются.
• Работа за пределами Предельных эксплуатационных характеристик может вызвать необратимое повреждение.
• Продукт не предназначен для критически важных для безопасности, военных, авиационных, автомобильных, медицинских применений или систем поддержания жизнедеятельности без явного разрешения.

Ответственность за проверку пригодности и производительности устройства в конкретном применении лежит на разработчике.