ITR8104 Kizuizi cha Mwanga (Opto Interrupter) - Mwanga wa Infrared wa 940nm - 5V/20mA - Waraka wa Kiufundi wa Kiswahili

1. Muhtasari wa Bidhaa

ITR8104 ni moduli ya kizuizi cha mwanga (opto interrupter) iliyobuniwa kwa matumizi ya kugundua bila kugusa na kubadili. Inajumuisha diode inayotoa mwanga wa infrared na fototransista ya silikoni ya NPN ndani ya kifurushi kimoja cha plastiki nyeusi. Vifaa hivi vimepangwa kwa upande mmoja kwenye mihimili ya mwanga inayokutana. Katika hali yake ya kawaida, fototransista hupokea mionzi ya infrared inayotolewa na LED. Wakati kitu kisicho na uwazi kinazuia njia ya mwanga kati ya kitoa mwanga na kigunduzi, fototransista haifanyi tena, na hutoa ishara wazi ya kubadili.

Faida kuu za kifaa hiki ni pamoja na wakati wa kujibu wa haraka, usikivu wa juu, na urefu wa wimbi la kilele cha mionzi ya 940nm, ambayo iko nje ya wigo wa mwanga unaoonekana ili kupunguza usumbufu kutoka kwa mwanga wa mazingira. Kifaa hiki kimetengenezwa kwa vifaa visivyo na risasi na kinatii kanuni zinazohusiana na mazingira kama vile RoHS na EU REACH.

2. Uchambuzi wa kina wa Vipimo vya Kiufundi

2.1 Viwango vya Juu Kabisa (Absolute Maximum Ratings)

Kuendesha kifaa zaidi ya mipaka hii kunaweza kusababisha uharibifu wa kudumu.

• Ingizo (LED ya IR):
  • Mtawanyiko wa Nguvu (Pd): 75 mW (saa au chini ya 25°C)
  • Voltage ya Kinyume (VR): 5 V
  • Mkondo wa Mbele (IF): 50 mA
• Pato (Fototransista):
  • Mtawanyiko wa Nguvu wa Collector (Pc): 75 mW
  • Mkondo wa Collector (IC): 20 mA
  • Voltage ya Collector-Emitter (BV_CEO): 30 V
  • Voltage ya Emitter-Collector (BV_ECO): 5 V
• Joto:
  • Joto la Uendeshaji (T_opr): -25°C hadi +85°C
  • Joto la Hifadhi (T_stg): -40°C hadi +85°C
  • Joto la Kuuza Miguu (T_sol): 260°C kwa ≤sekunde 5 (kipimo cha mm 3 kutoka kifurushi)

2.2 Sifa za Umeme na Mwanga (T_a=25°C)

Vigezo hivi vinafafanua utendaji wa kifaa chini ya hali za kawaida za uendeshaji.

• Sifa za Ingizo (LED ya IR):
  • Voltage ya Mbele (V_F): 1.2V (Kawaida), 1.6V (Upeo) kwa I_F=20mA
  • Mkondo wa Kinyume (I_R): 10 μA (Upeo) kwa V_R=5V
  • Urefu wa Wimbi la Kilele (λ_P): 940 nm (Kawaida) kwa I_F=20mA
• Sifa za Pato (Fototransista):
  • Mkondo wa Giza (I_CEO): 100 nA (Upeo) kwa V_CE=20V, E_e=0mW/cm²
  • Voltage ya Ujazo ya Collector-Emitter (V_CE(sat)): 0.4V (Upeo) kwa I_C=0.5mA, I_F=20mA
  • Mkondo wa Collector (I_C(ON)): 0.5 mA (Chini) kwa V_CE=5V, I_F=20mA
  • Wakati wa Kupanda (t_r): 20 μs (Kawaida) kwa V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ
  • Wakati wa Kushuka (t_f): 20 μs (Kawaida) kwa V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ

3. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Waraka huu unatoa mikondo kadhaa muhimu ya sifa kwa wahandisi wa ubunifu.

3.1 Sifa za LED ya IR

Michoro inaonyesha uhusiano kati ya mkondo wa mbele na joto la mazingira, ikionyesha upunguzaji wa nguvu unaohitajika katika joto la juu ili kukaa ndani ya mipaka ya nguvu. Mviringo wa usikivu wa wigo unathibitisha kilele cha mionzi kwenye 940nm. Grafu nyingine inaonyesha tofauti ndogo ya urefu wa wimbi la kilele la mionzi na joto la mazingira, ambayo kwa kawaida haizingatiwi kwa matumizi mengi.

3.2 Sifa za Fototransista

Grafu muhimu ni pamoja na uhusiano kati ya mkondo wa collector na mkondo wa mbele (sifa za uhamisho) katika joto tofauti, ikionyesha usikivu wa kifaa. Grafu ya mtawanyiko wa nguvu wa collector dhidi ya joto la mazingira ni muhimu kwa usimamizi wa joto, ikionyesha jinsi nguvu ya juu inayoruhusiwa hupungua kadiri joto la mazingira linavyopanda.

4. Taarifa za Mitambo na Kifurushi

4.1 Vipimo vya Kifurushi

ITR8104 inakuja kwenye kifurushi cha kawaida cha kupenya chabuni. Vipimo muhimu ni pamoja na nafasi ya miguu, upana wa mwili, na urefu wa jumla. Vipimo vyote viko kwenye milimita na uvumilivu wa jumla wa ±0.3mm isipokuwa imebainishwa vinginevyo. Nafasi ya miguu hupimwa kwenye sehemu ambayo miguu hutoka kwenye mwili wa kifurushi cha plastiki.

4.2 Utambulisho wa Ubaguzi wa Miguu (Polarity) na Usakinishaji

Kifaa hiki kina mpangilio wa kawaida wa pini: anode na cathode ya LED ya infrared, na collector na emitter ya fototransista. Kifurushi kwa kawaida huwa na alama au umbo la kuonyesha pini ya 1. Wakati wa kusakinisha kwenye bodi ya mzunguko (PCB), mashimo lazima yalingane kwa usahihi na nafasi za miguu ili kuepuka kusababisha mkazo wa mitambo kwenye mwili wa epoksi, ambao unaweza kudhoofisha utendaji au kusababisha kushindwa.

5. Miongozo ya Kuuza na Usanikishaji

5.1 Kuunda Miguu (Lead Forming)

• Kupinda lazima kufanyike kwa umbali wa zaidi ya 3mm kutoka chini ya mwili wa epoksi.
• Kuunda miguu lazima kukamilikekablaya mchakato wa kuuza.
• Fremu ya miguu lazima ishikwe kwa usalama wakati wa kupinda ili kuzuia mkazo kwenye kifurushi.
• Kukata miguu kifanyike kwenye joto la kawaida.

5.2 Mapendekezo ya Kuuza

Ili kuzuia uharibifu wa joto, weka umbali wa chini wa 3mm kutoka kwenye kiungo cha kuuza hadi kwenye tufe ya epoksi.

• Kuuza kwa Mkono:Joto la ncha ya chuma cha kuuza: 300°C Upeo. (30W Upeo.). Muda wa kuuza: sekunde 3 Upeo. kwa kila mguu.
• Kuuza kwa Wimbi/Kuzamisha:Joto la kuchoma kabla: 100°C Upeo. (sekunde 60 Upeo.). Joto la bafu ya kuuza: 260°C Upeo. Muda wa kukaa: sekunde 5 Upeo.
• Epuka kupoa kwa haraka baada ya kuuza. Ruhusu kifaa kurudi kwenye joto la kawaida polepole.
• Kuzamisha au kuuza kwa mkono haipaswi kufanywa zaidi ya mara moja.

5.3 Profaili ya Kuuza Iliyopendekezwa

Profaili inapendekeza kuchoma kabla polepole, muda unaodhibitiwa juu ya kiwango cha kioevu (kwa kawaida 260°C), na kiwango cha kupoa kinachodhibitiwa ili kupunguza mshtuko wa joto kwa sehemu.

6. Uhifadhi na Ushughulikiaji

• Hifadhi ya Awali (baada ya usafirishaji):10–30°C, ≤70% RH kwa hadi miezi 3.
• Hifadhi ya Muda Mrefu (zaidi ya miezi 3):10–25°C, 20–60% RH kwenye chombo kilichofungwa chenye angahewa ya nitrojeni kwa hadi mwaka mmoja.
• Baada ya Kufungua Kifurushi:Hifadhi kwenye 10–25°C, 20–60% RH. Tumia ndani ya saa 24 au haraka iwezekanavyo. Funga tena vifaa visivyotumika mara moja.
• Epuka mabadiliko ya haraka ya joto katika mazingira yenye unyevu mwingi ili kuzuia umande.
• Usafishaji:Usafishaji wa ultrasonichaupendekezwikwa kifaa hiki.

7. Ufungaji na Taarifa za Kuagiza

7.1 Uainishaji wa Ufungaji

Ufungaji wa kawaida ni: vipande 100 kwa kila mrija, mrija 20 kwa kila sanduku, na sanduku 4 kwa kila kasha.

7.2 Taarifa za Lebo

Lebo ya bidhaa inajumuisha sehemu za: Nambari ya Bidhaa ya Mteja (CPN), Nambari ya Bidhaa (P/N), Idadi ya Ufungaji (QTY), Cheo cha Ukali wa Mwanga (CAT), Cheo cha Urefu wa Wimbi Kuu (HUE), Cheo cha Voltage ya Mbele (REF), Nambari ya Kundi (LOT No.), na msimbo wa tarehe/mwezi (X).

8. Mapendekezo ya Matumizi

8.1 Mazingira ya Kawaida ya Matumizi

• Kugundua Nafasi/Kasi:Katika panya za kompyuta, nakala, na diski laini (floppy disk drives) kugundua mzunguko au harakati ya mstari.
• Kubadili bila Kugusa:Kugundua vitu katika mashine za kuuza, mifumo ya usalama, na otomatiki ya viwanda.
• Kugundua Kingo:Katika printeri na skana kugundua uwepo wa karatasi au kingo za vyombo.
• Usakinishaji wa Moja kwa Moja kwenye Bodi:Inafaa kwa matumizi ya bodi ya mzunguko (PCB) yenye mashimo ambapo kubadili kwa kutengwa na kuaminika kunahitajika.

8.2 Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu

• Kupunguza Mkondo:Daima tumia resistor ya mfululizo na LED ya IR ili kupunguza mkondo wa mbele (I_F) kwa thamani inayotakiwa, kwa kawaida 20mA au chini kwa kuaminika kwa muda mrefu.
• Resistor ya Mzigo:Resistor ya kuvuta juu kwa kawaida huunganishwa kati ya collector ya fototransista na voltage ya usambazaji (V_CC). Thamani (k.m., 1kΩ) huathiri mabadiliko ya voltage ya pato na kasi ya kubadili.
• Mwanga wa Mazingira:Ingawa kichujio cha 940nm kinasaidia, kubuni kizuizi cha kimwili au kifurushi cha kulinda kisensa kutoka kwa vyanzo vya moja kwa moja vya IR vya mazingira (kama mwanga wa jua au balbu za incandescent) huboresha uaminifu.
• Wakati wa Kujibu:Kwa matumizi ya kasi ya juu, zingatia wakati wa kawaida wa kupanda/kushuka wa 20μs na hakikisha mzunguko wa kuendesha unaweza kukidhi.
• Usimamizi wa Joto:Shika mikondo ya upunguzaji wa nguvu, hasa katika mazingira yenye joto la juu la mazingira.

9. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

ITR8104 inatoa seti ya sifa zilizowekwa sawa. Urefu wake wa wimbi wa 940nm hutoa kinga nzuri dhidi ya kelele ya mwanga unaoonekana. Ubunifu wa upande mmoja, mhimili unaokutana hutoa pengo la kugundua lililofafanuliwa vizuri, na hufanya lifae kwa kugundua kingo na uwekaji sahihi wa vitu. Wakati wa kujibu wa haraka wa 20μs huwezesha matumizi katika programu za hesabu za kasi ya wastani au usimbaji. Kifurushi cha kupenya chabuni hutoa muunganisho thabiti wa mitambo kwa matumizi yanayokabiliwa na mtikisiko. Ikilinganishwa na visensa vinavyotafakari, vizuizi vya mwanga hutoa ishara dhahiri zaidi ya washa/zima kwani haziathiriwi na uwezo wa kutafakari wa kitu lengwa.

10. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

10.1 Ni mkondo gani wa kawaida wa uendeshaji kwa LED ya IR?

Sifa za umeme na mwanga zimeainishwa kwa I_F= 20mA, ambayo ni sehemu ya kawaida na ya kuaminika ya uendeshaji. Inaweza kuendeshwa hadi kiwango cha juu kabisa cha 50mA kwa pato la juu, lakini hii inahitaji usimamizi makini wa joto na inaweza kupunguza uaminifu wa muda mrefu.

10.2 Fototransista ina usikivu wa kiasi gani?

Kigezo muhimu ni I_C(ON), ambayo inahakikishiwa kuwa angalau 0.5mA wakati LED ya IR inaendeshwa kwa 20mA na V_CE=5V. Hii hutoa ishara thabiti kwa viingilio vya kubadili vya dijiti na resistor inayofaa ya kuvuta juu.

10.3 Naweza kutumia hii kugundua vitu vilivyo wazi?

Hapana. ITR8104 imebuniwa kwa kugundua vitu visivyo na uwazi vinavyozuia kabisa boriti ya infrared. Nyenzo zilizo wazi au zinazopenya mwanga zinaweza kuruhusu mwanga wa IR wa kutosha kupita, na hivyo kuzuia fototransista kuzimwa kabisa.

10.4 Ni pengo gani lililopendekezwa kati ya kitoa mwanga na kigunduzi kwa kitu?

Waraka haubainishi pengo la juu kabisa. Pengo lenye ufanisi linaamuliwa na upangaji na ukali wa LED ya IR. Kwa uendeshaji wa kuaminika, kitu kinapaswa kuchukua kabisa njia ya mwanga inayokutana kati ya vipengele hivi viwili. Umbali wa kawaida wa kugundua ni milimita chache, uliofafanuliwa na kifurushi cha mitambo.

11. Kesi ya Ubunifu wa Vitendo na Matumizi

Kesi: Kugundua Karatasi Imekwama kwenye Printeri
ITR8104 imesakinishwa kuvuka njia ya karatasi. Pini ya microcontroller inaendesha LED ya IR kupitia resistor ya 150Ω (kupunguza I_Fkwa ~20mA kwa 3.3V). Collector ya fototransista imeunganishwa kwenye pini ya ingizo ya dijiti ya microcontroller kupitia resistor ya 4.7kΩ ya kuvuta juu hadi 3.3V. Katika hali ya "karatasi iko", karatasi huzuia boriti, fototransista imezimwa, na pini ya ingizo inasoma HIGH kupitia resistor ya kuvuta juu. Wakati njia ya karatasi iko wazi, mwanga wa IR unafika kwenye fototransista, na kuigeuza na kuvuta pini ya ingizo LOW. Microcontroller inafuatilia pini hii. Hali ya HIGH endelevu wakati karatasi inatarajiwa inaonyesha kukwama au usambazaji mbovu. Wakati wa kujibu wa haraka unahakikisha kukwama kunagunduliwa haraka, na urefu wa wimbi wa 940nm huzuia kusababisha vibaya kutoka kwa taa za chumba.

12. Kanuni ya Uendeshaji

ITR8104 inafanya kazi kwa kanuni ya kugundua mwanga uliobadilishwa. LED ya infrared hutoa fotoni kwenye urefu wa wimbi wa 940nm. Fototransista ya silikoni, iliyowekwa kinyume na LED, hufanya kama mpokeaji. Wakati fotoni zenye nishati ya kutosha zinagonga eneo la msingi (base) la fototransista, huzalisha jozi za elektroni na shimo. Mkondo huu unaozalishwa na mwanga hufanya kama mkondo wa msingi, na kusababisha transistor kufanya mkondo mkubwa zaidi wa collector (athari ya fotoelektriki pamoja na kuongezeka kwa transistor). Uwepo wa kitu kisicho na uwazi kwenye njia ya mwanga huzuia fotoni kufika kwenye fototransista, na hivyo kuondoa mkondo wa msingi na kuzima transistor. Hii huunda ishara ya pato la dijiti inayohusiana na uwepo au kutokuwepo kwa kitu.

13. Mienendo ya Teknolojia

Vizuizi vya mwanga (opto interrupters) bado ni vipengele vya msingi katika mifumo ya umeme na mitambo. Mienendo ya sasa inalenga upunguzaji wa ukubwa (vifurushi vidogo vya SMD), ujumuishaji wa mizunguko ya ziada ya kurekebisha ishara (kama vizuizi vya Schmitt au viimarishaji) ndani ya kifurushi ili kutoa pato safi la dijiti, na uboreshaji wa upinzani dhidi ya uchafuzi wa mazingira. Pia kuna mwelekeo wa aina za kasi za juu zaidi kwa programu za hali ya juu za usimbaji. Kanuni ya msingi ya kuzuia mwanga bado ni thabiti kutokana na kutengwa kwa umeme, hali yake ya kutogusa, na uaminifu ikilinganishwa na swichi za mitambo tu.