ITR8307/F43 Yansıtmalı Optik Sensör Veri Sayfası - Kızılötesi LED ve Fototransistör - Türkçe Teknik Doküman

1. Ürün Genel Bakış

ITR8307/F43, kısa mesafeli nesne algılama için tasarlanmış kompakt, yüzey montajlı bir yansıtmalı optik sensördür. Tek bir plastik paket içinde bir kızılötesi ışık yayan diyot (IR-LED) ve yüksek hassasiyetli bir NPN silikon fototransistör entegre eder. Temel işlevi, LED'den kızılötesi ışık yayarak ve fototransistöre yansıyan ışık miktarını ölçerek bir nesnenin varlığını veya yokluğunu tespit etmektir.

Bu cihazın temel avantajları arasında hızlı tepki süresi, kızılötesi ışığa yüksek hassasiyeti ve görünür ışık parazitini filtreleme yeteneği bulunur, bu da güvenilir çalışmayı sağlar. İnce ve kompakt form faktörü, tüketici elektroniği ve mikro bilgisayar kontrollü ekipmanlardaki alan kısıtlı uygulamalar için uygun hale getirir.

Cihaz, kurşunsuz (Pb-free) olarak üretilmiştir, AB REACH düzenlemesine uyumludur ve halojensiz standartlara (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm) uyar. Ayrıca RoHS direktifinin şartları dahilinde kalacak şekilde tasarlanmıştır.

2. Teknik Parametre Derinlemesine İnceleme

2.1 Mutlak Maksimum Derecelendirmeler

Bu derecelendirmeler, cihaza kalıcı hasar verebilecek sınırları tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garantisi verilmez.

• Giriş (IR-LED) Güç Dağılımı (Pd):25°C veya altındaki serbest hava sıcaklığında 75 mW. Bunu aşmak LED jonksiyonunu aşırı ısıtabilir.
• LED Ters Gerilimi (VR):5 V. Daha yüksek bir ters gerilim uygulamak bozulmaya neden olabilir.
• LED İleri Akımı (IF):50 mA sürekli. Tepe ileri akımı (IFP), 10 ms periyotta 100 µs genişliğindeki darbe için 1 A'dır.
• Çıkış (Fototransistör) Kollektör Güç Dağılımı (PC):75 mW.
• Kollektör Akımı (IC):Maksimum 50 mA.
• Kollektör-Emitör Gerilimi (V_CEO):30 V. Bu, beyz açıkken kollektör ve emitör arasına uygulanabilecek maksimum gerilimdir.
• Çalışma Sıcaklığı (T_opr):-25°C ila +85°C. Cihaz bu ortam sıcaklığı aralığında işlevseldir.
• Depolama Sıcaklığı (T_stg):-30°C ila +100°C.
• Bacak Lehimleme Sıcaklığı (T_sol):Maksimum 5 saniye için 260°C. Bu, dalga veya reflow lehimleme işlemleri için kritiktir.

2.2 Elektro-Optik Karakteristikler

Bu parametreler Ta=25°C'de ölçülür ve cihazın tipik performansını tanımlar.

• LED İleri Gerilimi (V_F):Tipik olarak 1.2 V, ileri akımda (I_F) 20 mA'de maksimum 1.6 V. Bu, akım sınırlayıcı sürücü devresi tasarımı için önemlidir.
• LED Tepe Dalga Boyu (λ_P):940 nm. Bu, IR-LED'in en fazla optik gücü yaydığı dalga boyudur ve silikon fototransistörün tepe hassasiyeti ile eşleşir.
• Fototransistör Karanlık Akımı (I_CEO):Aydınlatma olmadan (E_CE=0) V_e=10V'da maksimum 100 nA. Bu, sensör 'kapalı' ikenki kaçak akımdır ve iyi bir sinyal-gürültü oranı için en aza indirilmelidir.
• Kollektör Akımı (I_C(ON)):V_CE=5V ve I_F=20mA test koşulu altında minimum 0.1 mA. Bu, LED aktif ve bir nesne algılama menzili içindeyken üretilen fotoakımdır.
• Yükselme/Düşme Süresi (t_r, t_f):Tipik olarak her biri 20 µs. Bu, fototransistörün anahtarlama hızını tanımlar, hızlı hareket eden nesneleri algılamak veya bazı uygulamalarda yüksek hızlı veri iletimi için çok önemlidir.

3. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, değişen koşullar altında cihaz davranışını daha derinlemesine anlamak için çeşitli karakteristik eğriler içerir. Spesifik grafikler burada yeniden üretilmemiş olsa da, tipik çıkarımları açıklanmıştır.

3.1 IR-LED Karakteristikleri

Kızılötesi verici için eğriler tipik olarak ileri gerilim ve ileri akım arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi (I-V eğrisi) gösterir. Ayrıca, optik çıkışın sürücü akımıyla nasıl arttığını gösteren bağıl ışıma şiddetinin ileri akıma karşı grafiğini ve ortam sıcaklığının bu çıkış üzerindeki, genellikle sıcaklık arttıkça azalan etkisini gösterir.

3.2 Fototransistör Karakteristikleri

Alıcı için eğriler tipik olarak, farklı ışınım seviyeleri (optik giriş gücü) için kollektör akımının kollektör-emitör gerilimine karşı grafiğini tasvir eder. Bu eğri ailesi, ışınımın beyz akımı gibi davrandığı bir bipolar transistörün çıkış karakteristiklerine benzer. Diğer eğriler, kollektör akımının yansıtıcı bir yüzeye olan mesafeye veya LED sürücü akımına karşı grafiğini göstererek sensörün transfer fonksiyonunu tanımlayabilir.

3.3 Kombine Sensör Karakteristikleri

Bu eğriler, tam sensör montajının performansını temsil eder. Sabit bir LED akımı için, kollektör akımının standart bir yansıtıcı yüzeye (genellikle beyaz kart) olan mesafeye karşı grafiği anahtar bir grafiktir. Bu eğri, etkin algılama menzilini ve mesafe üzerindeki doğrusal olmayan tepkiyi tanımlar, bu da eşik algılama tasarımı için kritiktir.

4. Mekanik ve Paket Bilgileri

Cihaz kompakt, yüzey montajlı bir pakette gelir. Kesin boyutlar veri sayfasının paket çiziminde sağlanmıştır. Çizimden alınan ana notlar, aksi belirtilmedikçe tüm boyutların milimetre cinsinden olduğunu ve genel toleransın ±0.15 mm olduğunu belirtir. IR-LED ve fototransistörün yan yana yerleşimi yansıtmalı algılama için optimize edilmiştir. Paket, PCB montajı sırasında doğru yönlendirmeyi sağlamak için polarite işaretleri içerir.

5. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

Bacak lehimleme sıcaklığı için mutlak maksimum derecelendirme 5 saniye için 260°C'dir. Plastik pakete veya dahili tel bağlantılarına zarar gelmesini önlemek için reflow veya dalga lehimleme işlemleri sırasında bu parametreye kesinlikle uyulmalıdır. Kurşunsuz lehimleme için standart IPC/JEDEC J-STD-020 profilleri genellikle uygulanabilir, ancak tepe sıcaklığı ve likvidüs üzerindeki süre kontrol edilmelidir. Lehimlemeden önce uzun süreli yüksek neme maruz kalmaktan kaçınılmalı ve spesifik MSL sınıflandırması sağlanan içerikte belirtilmemiş olsa da standart nem hassasiyeti seviyesi (MSL) işlem prosedürleri önerilir.

6. Paketleme ve Sipariş Bilgileri

Standart paketleme aşağıdaki gibidir:

1. Tüp başına 160 adet.
2. İç karton başına 18 tüp.
3. Ana (dış) karton başına 12 iç karton.

Paketleme üzerindeki etiket, Müşteri Üretim Numarası (CPN), Üretim Numarası (P/N), Paketleme Miktarı (QTY), Sınıflar (CAT), Tepe Dalga Boyu (HUE), Referans (REF), Parti Numarası (LOT No.) ve Üretim Yeri alanlarını içerir.

7. Uygulama Önerileri

7.1 Tipik Uygulama Senaryoları

Veri sayfası birkaç klasik uygulamayı listeler: kameralar (örn. film veya bant varlığını algılama için), VCR'lar, disket sürücüleri, kaset kayıt cihazları ve çeşitli mikro bilgisayar kontrollü ekipmanlar. Modern uygulamalar arasında yazıcılarda kağıt algılama, otomatlarda para algılama, kenar algılama, nesne sayma ve temas gerektirmeyen algılama gerektiren tüketici cihazlarında yakınlık algılama bulunur.

7.2 Tasarım Hususları

• Akım Sınırlama:IR-LED ile ileri akımı (I_F) güvenli bir değere, tipik olarak standart çalışma için 20 mA'ye sınırlamak için bir seri direnç kullanılmalıdır. Bu, besleme gerilimi ve LED'in ileri gerilimi (V_F) kullanılarak hesaplanır.
• Yük Direnci:Fototransistör çıkışı, kollektör ve pozitif besleme arasına bağlanan bir pull-up veya yük direnci (R_L) gerektirir. Değeri, çıkış gerilim salınımını ve tepki hızını belirler. Daha küçük bir direnç daha hızlı tepki sağlar ancak daha düşük hassasiyet (daha küçük gerilim değişimi) verir.
• Ortam Işığı Bağışıklığı:Cihaz görünür ışığı keserken, güçlü ortam kızılötesi kaynakları (güneş ışığı, akkor ampuller) performansı etkileyebilir. Mekanik koruma, optik filtreler veya modülasyon/demodülasyon teknikleri (LED'i darbelemek ve çıkışı senkronize okumak) güvenilirliği artırabilir.
• Yansıtma Oranı:Algılama menzili ve sinyal gücü, hedef nesnenin yansıtma oranı, rengi ve yüzey dokusuna büyük ölçüde bağlıdır. Kalibrasyon veya ayarlanabilir eşikler gerekli olabilir.

8. Teknik Karşılaştırma

ITR8307/F43 belirli bir özellik seti sunar. Daha basit fototransistörlere veya fotodiyotlara kıyasla, yansıtmalı algılama için entegre, hizalanmış bir çözüm sağlar. Dahili mantık içeren modern dijital çıkışlı sensörlere kıyasla, sinyal işleme için harici devre gerektiren analog bir bileşendir, daha fazla tasarım esnekliği ancak daha fazla karmaşıklık sunar. Temel farklılaştırıcıları kompakt boyutu, hızlı tepki süresi (20 µs) ve çevre düzenlemelerine (RoHS, REACH, Halojensiz) uyumluluğudur.

9. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Tipik algılama mesafesi nedir?

C: Veri sayfası maksimum bir mesafe belirtmez çünkü bu büyük ölçüde hedefin yansıtma oranına ve LED sürücü akımına bağlıdır. I_C(ON) için test koşulu 1mm boşluk kullanır, bu da çok kısa menzilli algılama için optimize edildiğini gösterir. Pratik menziller genellikle birkaç milimetre ile birkaç santimetre arasındadır.

S: LED'i doğrudan bir gerilim kaynağı ile sürebilir miyim?

C: Hayır. LED, termal kaçak ve aşırı akımdan tahribatı önlemek için neredeyse her zaman bir seri dirençle uygulanan akım sınırlı bir kaynakla sürülmelidir.

S: Çıkışı bir mikrodenetleyiciye nasıl bağlarım?

C: Fototransistör kollektör çıkışı, yansıyan ışıkla değişen analog bir gerilimdir. Hassas ölçüm için bir mikrodenetleyicinin analog-dijital dönüştürücü (ADC) pinine bağlanabilir veya bir GPIO pini için dijital açık/kapalı sinyali oluşturmak üzere bir karşılaştırıcı devresi üzerinden bağlanabilir.

S: 'Görünür dalga boyu kesme' özelliğinin amacı nedir?

C: Fototransistör, öncelikle eşleştirilmiş LED'inden gelen 940 nm kızılötesi ışığa hassas ve görünür ışığa daha az hassas olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, ortam oda aydınlatmasındaki değişikliklerden kaynaklanan yanlış tetiklemeyi azaltır.

10. Pratik Kullanım Örneği

Örnek: Masaüstü Yazıcıda Kağıt Bitiş Algılama

Sensör, yazıcının içine, kağıt yoluna bakacak şekilde monte edilir. Yansıtıcı bir bayrak veya kağıdın kendisi hedef olarak işlev görür. Kağıt olduğunda, kızılötesi ışık fototransistöre yansır, yüksek bir kollektör akımı ve düşük bir çıkış gerilimi (pull-up direnci kullanılıyorsa) üretir. Kağıt bittiğinde, yansıma durur, fototransistör kapanır ve çıkış gerilimi yükselir. Bu gerilim geçişi, yazıcının kontrol mantığı tarafından algılanır ve kullanıcıya "kağıt bitti" uyarısını tetikler. Hızlı tepki süresi, yüksek kağıt besleme hızlarında bile algılamayı sağlar.

11. Çalışma Prensibi

ITR8307/F43, modüle edilmiş ışık yansıması prensibiyle çalışır. Dahili GaAs kızılötesi LED, elektrik akımını kızılötesi ışığa (940 nm) dönüştürür. Bu ışık bir hedef alanına yayılır. Algılama alanı içinde bir nesne varsa, bu ışığın bir kısmı geri yansır. Entegre NPN silikon fototransistör alıcı olarak işlev görür. Yansıyan kızılötesi ışıktan gelen fotonlar fototransistörün beyz-kollektör jonksiyonuna çarptığında, elektron-boşluk çiftleri üretirler. Bu fotogenerasyon akımı, bir beyz akımı gibi davranır ve daha sonra transistörün kazancı ile yükseltilerek çok daha büyük bir kollektör akımı (I_C) ile sonuçlanır. Bu kollektör akımının büyüklüğü, yansıyan kızılötesi ışığın şiddeti ile orantılıdır, bu da nesnenin mesafesine ve yansıtma oranına bağlıdır. Bu çıkış akımı (veya bir yük direnci üzerindeki gerilim) ölçülerek, bir nesnenin varlığı, yokluğu veya hatta yaklaşık mesafesi belirlenebilir.

12. Teknoloji Trendleri

ITR8307/F43 gibi yansıtmalı optik sensörler, olgun ve güvenilir bir teknolojiyi temsil eder. Bu alandaki mevcut trendler arasında paketlerin daha da küçültülmesi, sensörün analog ön uç devreleri (yükselteçler, ADC'ler) ve dijital mantık (I2C/SPI arayüzleri) ile tek çip çözümlere entegrasyonu, harici bileşen sayısını azaltma yer alır. Ayrıca, pil ile çalışan cihazlar için daha düşük güç tüketimi ve arka plan ışığı iptali ve mesafe ölçümü için gelişmiş algoritmalara odaklanılmaktadır. Bu cihazın karşıladığı çevreye uyumlu (yeşil) bileşenlere olan talep, elektronik endüstrisinde güçlü bir itici güç olmaya devam etmektedir.

13. Sorumluluk Reddi ve Önemli Notlar

Veri sayfası içeriğine dayanarak, kullanıcılar için aşağıdaki sorumluluk reddi ve notlar kritiktir:

1. Üretici, ürün malzeme karışımını ayarlama hakkını saklı tutar.
2. Ürün, sevkiyat tarihinden itibaren 12 ay boyunca yayınlanan spesifikasyonunu karşılar.
3. Grafikler ve tipik değerler yalnızca referans içindir ve garanti edilen minimum veya maksimum limitleri temsil etmez.
4. Kullanıcı, cihazı Mutlak Maksimum Derecelendirmeleri dahilinde çalıştırmaktan sorumludur. Üretici, yanlış kullanımdan kaynaklanan hasarlardan sorumluluk kabul etmez.
5. Veri sayfası içeriğinin telif hakkı saklıdır; çoğaltma için önceden izin gereklidir.
6. Kritik Uyarı:Bu ürün,askeri, hava taşıtı, otomotiv, tıbbi, yaşamı sürdürücü veya hayat kurtarıcı ekipmanlar dahil olmak üzere güvenlik açısından kritik uygulamalarda kullanılmakamacıyla tasarlanmamıştır. Bu tür uygulamalar için açık yetki alınmalıdır.