ITR9909 Opto Kesici Veri Sayfası - 4.0mm Paket - 940nm Dalga Boyu - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakışı

ITR9909, temas gerektirmeyen algılama uygulamaları için tasarlanmış kompakt bir opto kesici modülüdür. Tek bir siyah termoplastik muhafaza içinde bir kızılötesi yayan diyot (IRED) ve bir silikon NPN fototransistör entegre eder. Bileşenler, birbirine yaklaşan optik eksenler üzerinde yan yana konumlandırılmıştır. Temel çalışma prensibi, fototransistörün normalde birlikte bulunan IR yayıcıdan radyasyon almasını içerir. Opak bir nesne aralarındaki boşluktan geçtiğinde, bu kızılötesi ışını keser ve fototransistörün çıkış durumunda tespit edilebilir bir değişikliğe neden olarak nesne algılama, konum algılama veya anahtarlama işlevlerini mümkün kılar.

1.1 Temel Özellikler ve Avantajlar

• Hızlı Tepki Süresi:Hızla hareket eden nesnelerin algılanmasını sağlar.
• Yüksek Hassasiyet:Silikon fototransistör, kızılötesi ışığa güçlü bir elektriksel tepki sağlar.
• Spesifik Dalga Boyu:IRED, insan gözüyle görülemeyen ve ortam görünür ışığından kaynaklanan paraziti azaltmaya yardımcı olan 940nm tepe dalga boyunda (λp) yayım yapar.
• Çevresel Uyumluluk:Cihaz, Pb içermeyen, RoHS, EU REACH ve halojensiz standartlarına (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) uygun olarak üretilmiştir.
• Kompakt Entegrasyon:Birleşik paket, yuvalı algılama uygulamaları için PCB tasarımını ve montajını basitleştirir.

1.2 Hedef Uygulamalar

ITR9909, güvenilir, temas gerektirmeyen algılama gerektiren çeşitli uygulamalar için uygundur:

• Bilgisayar fareleri ve fotokopi makinelerindeki döner kodlayıcılar ve konum sensörleri.
• Tarayıcılar ve yazıcılarda kağıt algılama ve kenar algılama.
• Disket sürücüleri ve diğer ortam sürücülerinde disk varlığı algılama.
• Genel amaçlı temas gerektirmeyen anahtarlama.
• Doğrudan montajın gerekli olduğu kart seviyesi algılama.

2. Teknik Özellikler ve Derinlemesine Analiz

2.1 Mutlak Maksimum Değerler

Cihazı bu sınırların ötesinde çalıştırmak kalıcı hasara neden olabilir. Aksi belirtilmedikçe tüm özellikler Ta=25°C'dedir.

• Giriş (IRED):
  • Güç Dağılımı (Pd): 75 mW
  • Ters Gerilim (VR): 5 V
  • Sürekli İleri Akım (IF): 50 mA
  • Tepe İleri Akım (IFP): 1 A (Darbe genişliği ≤100μs, Görev döngüsü %1)
• Çıkış (Fototransistör):
  • Kolektör Güç Dağılımı (Pd): 75 mW
  • Kolektör Akımı (IC): 50 mA
  • Kolektör-Emitör Gerilimi (BV_CEO): 30 V
  • Emitör-Kolektör Gerilimi (BV_ECO): 5 V
• Çevresel:
  • Çalışma Sıcaklığı (T_opr): -25°C ila +85°C
  • Depolama Sıcaklığı (T_stg): -40°C ila +85°C
  • Bacak Lehimleme Sıcaklığı (T_sol): 260°C, 5 saniye (gövdeden 1/16 inç uzaklıkta)

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Ta=25°C'deki tipik performans parametreleri, cihazın çalışma davranışını tanımlar.

• Giriş (IRED) Karakteristikleri:
  • İleri Gerilim (V_F): IF=20mA'da tipik olarak 1.2V (Maks 1.5V). Daha yüksek darbe akımlarıyla artar.
  • Tepe Dalga Boyu (λ_P): 20mA ile sürüldüğünde 940 nm (tipik).
• Çıkış (Fototransistör) Karakteristikleri:
  • Karanlık Akım (I_CEO): Tam karanlıkta V_CE=20V'da maksimum 100 nA. Bu, \"kapalı\" durum gürültü tabanını tanımlayan kaçak akımdır.
  • Kolektör-Emitör Doyma Gerilimi (V_CE(sat)): Yeterli aydınlatmada (1mW/cm²) I_C=2mA'da maksimum 0.4V. Temiz dijital anahtarlama için düşük bir V_CE(sat) istenir.
  • Kolektör Akımı (I_C(ON)): V_CE=5V ve I_F=20mA'da minimum 200 µA. Bu, standart test koşullarında garanti edilen minimum fotoakımdır.
• Dinamik Karakteristikler:
  • Yükselme Süresi (t_r) & Düşme Süresi (t_f): Tipik olarak her biri 15 µs. Bu parametreler, belirli yük koşullarında (V_CE=5V, I_C=1mA, R_L=1kΩ) ölçülür ve cihazın güvenilir bir şekilde işleyebileceği maksimum anahtarlama frekansını belirler.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, çalışma parametreleri arasındaki temel ilişkileri gösteren çeşitli grafikler sağlar. Bu eğriler, cihazın standart dışı koşullardaki davranışını anlamak için gereklidir.

3.1 Kızılötesi Yayıcı (IRED) Eğrileri

• İleri Akım vs. Ortam Sıcaklığı:Ortam sıcaklığı 25°C'nin üzerine çıktıkça izin verilen maksimum ileri akımın azalmasını gösterir.
• Spektral Hassasiyet:Göreceli ışıma şiddetinin dalga boyuna karşı grafiği, 940nm'de tepe yapar ve yayıcının dar bant genişliğini gösterir.
• Göreceli Işıma Şiddeti vs. İleri Akım:Sürücü akımı ile ışık çıkışı arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi gösterir; bu ilişki daha yüksek akımlarda doyuma eğilimlidir.
• Göreceli Işıma Şiddeti vs. Açısal Yer Değiştirme:IRED'in yayım desenini veya görüş açısını gösterir; optik hizalama için çok önemlidir.

3.2 Fototransistör (PT) Eğrileri

• Kolektör Güç Dağılımı vs. Ortam Sıcaklığı:Fototransistör çıkışı için güç azaltma eğrisini sağlar.
• Spektral Hassasiyet:Fototransistörün dalga boyları boyunca duyarlılığını gösterir; tepe hassasiyeti tipik olarak yakın kızılötesi bölgededir ve 940nm yayıcı ile eşleşir.
• Göreceli Kolektör Akımı vs. Ortam Sıcaklığı:Fototransistörün kazancının veya duyarlılığının sıcaklıkla nasıl değiştiğini belirtir.
• Kolektör Akımı vs. Işınım:Fototransistör üzerindeki gelen ışık gücü (ışınım) ile ortaya çıkan kolektör akımı arasındaki doğrusal (veya doğrusala yakın) ilişkiyi gösteren temel bir eğridir.
• Kolektör Karanlık Akımı vs. Ortam Sıcaklığı:Kaçak akımın (I_CEO) artan sıcaklıkla üstel olarak nasıl arttığını gösterir; bu, yüksek sıcaklık uygulamalarında sinyal-gürültü oranını etkileyebilir.
• Kolektör Akımı vs. Kolektör-Emitör Gerilimi:Bir transistör çıkış karakteristiğine benzer; farklı aydınlatma seviyeleri için çalışma bölgelerini gösterir.

3.3 Tam Modül (ITR) Eğrisi

• Göreceli Kolektör Akımı vs. Sensör Arası Mesafe:Bu kritik bir sistem seviyesi eğrisidir. Kesici nesne ile sensör aralığı arasındaki mesafe değiştikçe alınan sinyalin (kolektör akımı) nasıl değiştiğini gösterir. Etkin algılama aralığını ve nesne konumu ile çıkış sinyal gücü arasındaki ilişkiyi tanımlar.

4. Mekanik ve Paket Bilgisi

4.1 Paket Boyutları

ITR9909 standart bir delikli montaj paketinde gelir. Çizimden alınan ana boyutlar şunları içerir:

• Yuva boyutunu tanımlayan genel gövde genişliği ve yüksekliği.
• PCB montajı için bacak aralığı ve çapı.
• Algılanabilecek nesne boyutunu belirleyen dahili IRED ve fototransistör arasındaki boşluk genişliği.
• Boyutsal çizim, aksi belirtilmedikçe standart ±0.25mm tolerans belirtir.

4.2 Polarite Tanımlama

Cihaz, birçok opto kesicide yaygın olan standart bir bacak bağlantı konfigürasyonu kullanır: IRED girişi için Anot ve Katot ve fototransistör çıkışı için Kolektör ve Emitör. Muhafazada tipik olarak 1. bacağı belirtmek için bir işaret veya çentik bulunur.

5. Montaj ve Kullanım Kılavuzları

5.1 Lehimleme Önerileri

Mutlak maksimum değer, bacakların maksimum 5 saniye boyunca 260°C'de lehimlenebileceğini belirtir; lehim noktasının plastik gövdeden en az 1/16 inç (yaklaşık 1.6mm) uzakta olması şartıyla. Bu, epoksi muhafazaya ve dahili tel bağlantılarına termal hasarı önlemek içindir. Dalga veya reflow lehimleme için, benzer termal sınırlara sahip delikli bileşenler için standart profiller takip edilmelidir.

5.2 Depolama ve Kullanım

Cihaz, kuru bir ortamda belirtilen -40°C ila +85°C sıcaklık aralığında depolanmalıdır. İçindeki yarı iletken bileşenler statik elektrikten zarar görmeye açık olduğundan, kullanım sırasında standart ESD (Elektrostatik Deşarj) önlemlerine uyulmalıdır.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgisi

6.1 Paketleme Özellikleri

Standart paketleme miktarı aşağıdaki gibidir:

• Torba başına 150 adet.
• Kutu başına 5 torba.
• Koli başına 10 kutu.

6.2 Etiket Bilgisi

Ürün etiketi, izlenebilirlik ve spesifikasyon için çeşitli kodlar içerir:

• CPN:Müşteri Ürün Numarası.
• P/N:Üretici Ürün Numarası (örn., ITR9909).
• QTY:Paketteki miktar.
• CAT, HUE, REF:Bunlar muhtemelen ışık şiddeti derecesi, baskın dalga boyu derecesi ve ileri gerilim derecesi gibi parametreler için dahili sınıflandırma kodlarına atıfta bulunur, ancak bu veri sayfası alıntısında spesifik sınıflandırma detayları sağlanmamıştır.
• LOT No:İzlenebilirlik için üretim parti numarası.

7. Uygulama Tasarım Hususları

7.1 Devre Tasarımı

ITR9909 ile tasarım iki ana devreyi içerir:

1. IRED Sürücü Devresi:IRED ile seri olarak basit bir akım sınırlama direnci standarttır. Direnç değeri R = (V_CC- V_F) / I_F olarak hesaplanır. Güvenilir çalışma ve uzun ömür için, spesifik sinyal-gürültü gereksinimleri için darbe, yüksek akımlı bir sürücü gerekmedikçe, IRED'i tipik 20mA'de veya altında sürmek önerilir.
2. Fototransistör Çıkış Devresi:Fototransistör iki yaygın konfigürasyonda kullanılabilir:
   • Anahtar Modu (Dijital Çıkış):Kolektörden V_CC'ye bir çekme direnci bağlayın. Emitör topraklanır. Işık transistöre düştüğünde, transistör iletime geçer ve kolektör gerilimini düşük seviyeye (V_CE(sat) yakınına) çeker. Işın kesildiğinde, transistör kesime gider ve çekme direnci kolektör gerilimini yüksek seviyeye getirir. Çekme direncinin değeri anahtarlama hızını ve akım tüketimini belirler.
   • Doğrusal Mod (Analog Çıkış):Fototransistörü ortak emitör konfigürasyonunda bir kolektör direnci ile kullanmak, kolektördeki gerilimin alınan ışık miktarıyla yaklaşık olarak doğrusal bir şekilde değişmesini sağlar; bu analog konum algılama için kullanışlıdır.

7.2 Optik Hususlar

• Hizalama:Nesne yolunun sensör aralığı ile hassas mekanik hizalaması, tutarlı çalışma için çok önemlidir.
• Ortam Işığı:940nm filtresi ve eşleşmiş sensör görünür ışığın iyi bir şekilde reddedilmesini sağlarken, güçlü kızılötesi ışık kaynakları (örn., güneş ışığı, akkor ampuller) parazite neden olabilir. Modüle edilmiş bir IR sinyali ve senkron tespit kullanmak, ortam ışığına karşı bağışıklığı büyük ölçüde artırabilir.
• Nesne Özellikleri:Sensör ışın kesintisini algılar. Nesne 940nm kızılötesi ışığa opak olmalıdır. Yarı saydam malzemeler güvenilir bir şekilde algılanmayabilir.

8. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

ITR9909, opto kesici pazarında standart, güvenilir bir çözümü temsil eder. Temel farklılaştırıcıları, kompakt, yandan bakan bir pakette 940nm IRED ile bir silikon fototransistörün spesifik kombinasyonudur. Yansımalı sensörlerle karşılaştırıldığında, kesiciler nesne yansıtabilirliği veya rengindeki değişikliklere daha az duyarlı olduklarından daha kesin bir \"açık/kapalı\" sinyali sağlar. Belirtilen hızlı tepki süresi (tipik 15µs) onu hız algılama veya kodlama uygulamaları için uygun kılarken, yüksek hassasiyet daha düşük sürücü akımlarında veya tozlu ortamlarda bile iyi bir sinyal sağlar. Çevresel uyumluluk (RoHS, Halojensiz) modern elektronik üretimi için kritik bir faktördür.

9. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

9.1 Maksimum algılama hızı veya frekansı nedir?

Maksimum anahtarlama frekansı, yükselme ve düşme süreleri (t_r, t_f) ile sınırlıdır, tipik olarak her biri 15µs. Tam bir açık-kapalı döngüsü için muhafazakar bir tahmin, bu sürelerin toplamının yaklaşık 4 ila 5 katıdır; bu da maksimum pratik frekansın 10-15 kHz aralığında olduğunu gösterir. Bu, çoğu mekanik kodlama uygulaması için uygundur.

9.2 IRED akım sınırlama direnci değerini nasıl seçerim?

R = (Besleme Gerilimi - V_F) / I_F formülünü kullanın. 5V besleme ve tipik test koşulu olan 20mA'de sürme için, V_F~1.2V ile, R = (5 - 1.2) / 0.02 = 190 Ohm. Standart 180 veya 200 Ohm direnç uygun olacaktır. Dirençte hesaplanan güç dağılımının her zaman derecesi dahilinde olduğundan emin olun.

9.3 Çıkış sinyali neden kararsız veya gürültülü?

Potansiyel nedenler şunları içerir: 1) IRED'e yetersiz sürücü akımı, zayıf bir sinyale neden olur. 2) Yüksek seviyelerde ortam kızılötesi ışığı. 3) Fototransistörün karanlık akımının (sıcaklıkla artar) fotoakıma göre önemli hale gelmesi. 4) Besleme hatlarındaki elektriksel gürültü. Çözümler arasında I_F'yi (sınırlar dahilinde) artırmak, optik koruma eklemek, sinyal modülasyonu uygulamak, daha hızlı tepki için daha düşük değerli bir çekme direnci kullanmak ve iyi bir güç kaynağı ayrıştırması sağlamak yer alır.

9.4 Bu sensörü açık havada kullanabilir miyim?

Doğrudan güneş ışığı, 940nm'de önemli miktarda kızılötesi radyasyon içerir; bu fototransistörü doyurabilir ve düzgün çalışmayı engelleyebilir. Açık hava kullanımı için, dikkatli optik filtreleme, doğrudan güneş ışığını engelleyen muhafaza tasarımı ve modüle edilmiş IR sinyallerinin kullanılması şiddetle tavsiye edilir.

10. Çalışma Prensibi ve Teknoloji Trendleri

10.1 Çalışma Prensibi

ITR9909, iletilen ışık kesintisi prensibiyle çalışır. Kızılötesi ışık yayan diyot (IRED) üzerinden geçen bir elektrik akımı, onun 940 nanometre tepe dalga boyunda foton yaymasına neden olur. Bu fotonlar küçük bir hava boşluğundan geçer ve NPN silikon fototransistörün taban bölgesine gelir. Fotonlar, taban-kolektör bağlantısında elektron-delik çiftleri oluşturur; bu bağlantı etkin bir şekilde bir fotodiyot gibi davranır. Bu fotoakım daha sonra cihazın transistör eylemiyle yükseltilir ve harici devreler tarafından kolayca ölçülebilen çok daha büyük bir kolektör akımıyla sonuçlanır. Bir nesne yayıcı ve dedektör arasındaki yolu fiziksel olarak engellediğinde, foton akısı durur, fotoakım neredeyse sıfıra düşer ve transistör kesime gider; bu da nesnenin varlığını işaret eder.

10.2 Teknoloji Bağlamı ve Trendler

ITR9909 gibi opto kesiciler olgun, iyi anlaşılmış bileşenlerdir. Alandaki mevcut trendler birkaç alana odaklanmaktadır:

• Küçültme:Modern tüketici elektroniğinde kart alanından tasarruf etmek için daha küçük yüzey montaj (SMD) paketlerinin geliştirilmesi.
• Entegrasyon:Dijital çıkış için Schmitt tetikleyiciler, analog çıkış için yükselteçler veya hatta tam mantık seviyesi arayüzleri (örn., açık drenaj çıkışı) gibi ek devrelerin çip üzerine entegre edilmesi.
• Gelişmiş Performans:Daha yüksek çözünürlüklü kodlayıcılar için hızın artırılması, pil ile çalışan cihazlar için güç tüketiminin azaltılması ve daha küçük sürücü akımlarına veya daha büyük algılama boşluklarına izin vermek için hassasiyetin artırılması.
• Uzmanlaşma:Otomotiv, endüstriyel otomasyon veya tıbbi cihazlar gibi spesifik pazar segmentleri için farklı yuva genişlikleri, diyafram şekilleri veya spektral tepkileri olan varyantların oluşturulması.

Optik kesinti temel prensibi, temas gerektirmeyen algılama için sağlam ve uygun maliyetli bir yöntem olmaya devam etmekte ve geniş bir elektromekanik sistem yelpazesinde sürekli geçerliliğini sağlamaktadır.